MINT: Willkommen im Fachbereich

In dieser Unterrichtseinheit zu den Themen Wetter und atmosphärische Zirkulation analysieren und interpretieren die Lernenden Bilder eines Wettersatelliten und verstehen den grundlegenden Aufbau von Hoch- und Tiefdruckgebieten sowie die Grundlagen der globalen atmosphärischen Zirkulation. Die Materialien sind auf Deutsch und auf Englisch verfügbar und somit auch im englisch-bilingualen Unterricht einsetzbar.Zentrales Element dieser Unterrichtseinheit ist ein Satellitenfilm, der die Wetterphänomene im Verlaufe eines Tages darstellt. Mithilfe des Films wird die atmosphärische Zirkulation in den globalen Zusammenhang eingebettet und besonders einprägsam veranschaulicht. Der Film regt die Schülerinnen und Schüler zur Auseinandersetzung mit der Entstehung und den Zusammenhängen von Wolken- und Windsystemen, Konvektions- und Advektionsprozessen sowie globalen Austauschprozessen an. Das Projekt FIS des Geographischen Institutes der Universität Bonn beschäftigt sich mit den Möglichkeiten zur Einbindung des vielfältigen Wirtschafts- und Forschungszweiges der Satellitenfernerkundung in den naturwissenschaftlichen Unterricht der Sekundarstufen I und II. Dabei entstehen neben klassischen Materialien auch Anwendungen für den computergestützten Unterricht.Die Unterrichtseinheit "Atmoshpärische Zirkulation" hat zum Ziel, den Schülerinnen und Schülern die Themenkomplexe Wetter und atmosphärische Zirkulation in ihrem Gesamtzusammenhang näher zu bringen. Dadurch sind sie in der Lage, atmosphärische Prozesse als treibende Kraft für die Unterschiede im Naturpotential verschiedener Räume zu verstehen. Anhand eines Satellitenfilms, der das Wettergeschehen auf der Erde an einem Tag in voller Länge zeigt, werden die Jugendlichen besonders anschaulich in die globalen Zusammenhänge eingeführt. Dabei sollen die Lernenden zunächst eine Lesekompetenz in Bezug auf Wettersatellitenbilder aufbauen, um dann erste Wetterphänomene erkennen und erklären zu können. Darauf aufbauend können zunehmend komplexere Themenbereiche, wie Konvektions- und Advektionsprozesse sowie die Passatzirkulation und planetarische Frontalzone erarbeitet werden. Unterrichtsverlauf und Arbeitsmaterialien Ausgehend von einem Satellitenfilm erarbeiten sich die Lernenden schrittweise die globale Verteilung von Wolken- und Windsystemen. Die Schülerinnen und Schüler können Bilder von Wettersatelliten interpretieren und zur Analyse der atmosphärischen Zirkulation nutzen. können unterschiedliche Druck- und Wolkengebilde unterscheiden und sie Klimazonen zuordnen. können Grundlagen der atmosphärische Zirkulation beschreiben. Zum Abspielen der kurzen Filmsequenz zur atmosphärischen Zirkulation benötigen Sie entweder den Adobe Flash Player oder den Apple Quicktime Player (beide kostenlos erhältlich). 1. Stunde: Wettergeschehen im Satellitenbild Zu Beginn kann den Schülerinnen und Schülern der Satellitenfilm über einen Beamer gezeigt werden. Der Film besteht aus einer Abfolge von Bildern, die während eines Tages vom Meteosat-Satelliten aufgenommen wurden. Anhand des Meteosat-Filmes sollen die Schülerinnen und Schüler die wesentliche Gliederung der planetarischen Zirkulation erkennen können. Die Wolkenverteilung und -bewegungen sind anschaulich zu erkennen. Folie 1 (folie_1_wolkenarten.pdf) zeigt anschaulich typische Wolkenformen aus verschiedenen Regionen der Erde. Anschließend regt das Arbeitsblatt 1 (ab_1_wolkenarten.pdf) zur Auseinandersetzung mit den verschiedenen Wolkentypen an. Die Folien 2 (folie_2_nordhalbkugel.pdf) und 3 (folie_3_tropen.pdf) zeigen noch einmal im Ausschnitt die Wolkenverteilung der Außertropen und der Tropen. Ziel ist es, den grundlegenden Aufbau von Hoch- und Tiefdruckgebieten erklären zu können. Damit sollen die Lernenden in die Lage versetzt werden, Wolkenbilder gleichsam "lesen" zu können. Optional können mithilfe der Folien 2a und 2b die von den Lernenden gemachten Aussagen zur Außertropischen Zirkulation überprüft werden. Die beiden Abbildungen zeigen die Druckverteilung, Temperatur- und Bewölkungssituation am Tag der Satellitenbildaufnahme. Im letzten Teil dieser Unterrichtseinheit bringen die Schülerinnen und Schüler die Erkenntnisse der vergangenen Stunden in einen globalen Zusammenhang. Als wichtige Elemente sollen die Lernenden hierbei die Bedeutung der innertropischen Konvergrenzzone (ITC), der Hadley-Zelle sowie der Coriolis-Kraft kennen lernen. Im Arbeitsblatt 4 lokalisieren sie die relevanten Windsysteme und sollen den Wärme- und Energietransport in der Atmosphäre erklären können.

Ein "Dalli-Klick"-Bild der Sonne dient als Einstieg in das Thema. Die Schülerinnen und Schüler recherchieren auf einem virtuellen Raumflug oder mithilfe anderer Quellen im Internet Informationen zu unserem Sonnensystem und präsentieren ihre Ergebnisse den Mitschülerinnen und Mitschülern. Die thematische Auseinandersetzung mit dem Sonnensystem ist in vielen Bildungsplänen in den Standards der Klasse 6 im Bereich "Unsere Erde" anzusiedeln. Außerdem finden sich starke fächerverbindende Anknüpfungspunkte zum Fachverbund Naturwissenschaftliches Arbeiten. Vor allem in dem Themenbereich "Phänomene und Möglichkeiten ihrer Beschreibungen erleben" soll den Schülerinnen und Schülern der Blick ins Weltall geöffnet werden, indem sie die "Bewegungen von Himmelskörpern beobachten und deuten." (Ministerium für Kultus, Jugend und Sport Baden-Württemberg, Bildungsplan 2004 für Realschulen). Da für die Erarbeitung der Thematik kaum fachliche Vorkenntnisse vorausgesetzt werden müssen, kann diese Unterrichtseinheit recht flexibel in den Verlauf des Schuljahres als unterrichtlicher Exkurs eingebettet werden. Sie eignet sich daher auch für die Gestaltung des Vertretungsunterrichts. Je nach zeitlichem Umfang der Vertretungsstunde(n) und Verfügbarkeit von Computerplätzen lässt sich das Thema modulartig erweitern und intensivieren. Unterrichtsverlauf und Materialien Nach einer Internetrecherche werden Planetensteckbriefe erstellt oder auf einer virtuellen Raumflug-Ralley Antworten auf vorgegebene Fragen gesucht. Die Schülerinnen und Schüler sollen mit dem grundlegenden Aufbau unseres Sonnensystems vertraut werden. die Position und die besonderen Merkmale der einzelnen Planeten kennen lernen. auf einem virtuellen Online-Raumflug oder verschiedenen Webseiten recherchieren. ihre Ergebnisse den Mitschülerinnen und Mitschülern in Form eines Planetensteckbriefs vorstellen (Vortrag und Plakat oder PowerPoint-Präsentation). Thema Erkundung des Sonnensystems Autor Raimund Ditter Fach Geographie oder Vertretungsunterricht Zielgruppe Klasse 5-8 Zeitraum flexibel: ohne Präsentation 1-3 Stunden, mit Präsentation 3-5 Stunden Technische Voraussetzungen Computer mit Internetanschluss in ausreichender Anzahl (Planeten-Steckbriefe: 1 Rechner pro Kleingruppe; virtueller Raumflug: 1 Rechner pro Person, auch Partnerarbeit möglich); Java Ratebild zur Sonne Um die Neugierde der Kinder zu wecken, beginnt die Unterrichtseinheit mit einem "Dalli-Klick-Bild" der Sonne (sonne_dalli_klick.ppt). Das verwendete NASA-Foto zeigt die Sonne im H-alpha-Licht. Neben Protuberanzen ist auch die Granulation der Sonnenoberfläche deutlich zu erkennen. Die im sichtbaren Licht dunkel erscheinen Sonnenflecken treten im H-alpha-Licht als auffallende helle Regionen hervor. Die Lehrperson oder eine eingeweihte Schülerin oder ein Schüler liest eine Information zu dem noch unbekannten Objekt vor (sonne_dalli_klick.ppt, Folie 3) und legt dann ein Bildteil frei. Einzelne Lernende dürfen dann raten, worum es sich bei Darstellung handeln könnte. Spätestens mit dem Aufdecken des letzten Puzzlesegments werden dann die gesammelten Schülervermutungen falsifiziert oder bestätigt. Was ist H-alpha-Licht? Das H-alpha-Licht (Wellenlänge 660 nm) wird von Wasserstoffatomen beim Übergang eines Elektrons von einem angeregten Zustand in den Grundzustand ausgesendet. Die Sonne zeigt im H-alpha-Licht ein wesentlich dymamischeres Bild als im Weißlicht. Erst ein H-alpha-Filter macht Oberflächenstrukturen und Protuberanzen sichtbar. Gefahrenhinweise zur Sonnenbeobachtung Vergessen Sie nicht, Ihre Schülerinnen und Schülern vor dem ungeschützten Blick in die Sonne zu warnen. Informationen zur sicheren Sonnenbeobachtung finden Sie unter den "Zusatzinformationen" folgender Beiträge: Größenbestimmung von Protuberanzen Fotografien der Sonne im H-alpha-Licht - selbst aufgenommen oder aus dem Internet - werden genutzt, um die Größe von Protuberanzen zu bestimmen (ab Klasse 8). Internetrecherche und Erstellung von Planetensteckbriefen Es folgt eine intensivierende Auseinandersetzung mit den Himmelskörpern des Sonnensystems. Ziel ist das Erstellen von Planeten-Steckbriefen (planetensteckbriefe.rtf) in arbeitsteiligen Expertengruppen. Die Zuordnung der Himmelskörper zu den Kleingruppen erfolgt über ein Losverfahren (planetensteckbriefe_lose.pdf). Da das Internet zum Thema Sonnensystem eine Fülle an äußerst anschaulichen und schülergerechten Informationen bereitstellt, bietet sich eine Internetrecherche an (siehe Links und Literatur zum Thema ). Erfahrungsgemäß droht jedoch die Informationsbeschaffung in den Weiten des Netzes auszuufern, sodass eine zeitliche Begrenzung oder eine Fokussierung der Recherche auf bestimmte Webseiten sinnvoll ist. Die Kleingruppen stellen ihre Planeten-Steckbriefe den Mitschülerinnen und Mitschülern anschließend im Plenum vor. Insgesamt (Recherche, Steckbriefe erstellen, Präsentation) sind dafür zwei bis drei Schulstunden zu veranschlagen. Virtueller Raumflug beim ZDF Alternativ (oder zusätzlich) zu den zu erstellenden Planetensteckbriefen und deren Präsentation kann man die Lernenden auch als Kapitän eines Raumschiffes auf eine virtuelle Reise durch unser Sonnensystem schicken. Auf dieser Expedition sind bestimmte Informationen zu beschaffen, um damit die Fragen des Arbeitsblatts "auftraege_raumflug.pdf" beantworten zu können. Da dies in einer Schulstunde gut zu bewerkstelligen ist, lassen sich damit auch Vertretungsstunden nutzen. Der virtuelle Raumflug ist ein Angebot auf der Webseite des ZDF. Über den Menüpunkt "Startmap" wird im Cockpit des virtuellen Raumschiffs ein rundes Fenster geöffnet (Abb. 1; für den vollen Bildausschnitt bitte anklicken). Der gewünschte Planet, zum Beispiel Jupiter, kann dann per Klick auf den Planetennamen angeflogen werden. Durch einen Klick auf den Button "Infosystem" können Texte, Daten und Bilder (Vergrößerung per Mausklick) zum ausgewählten Planeten aufgerufen werden (Abb. 2; für den vollen Bildausschnitt bitte anklicken). Raimund Ditter Wir erkunden unser Sonnensystem, Praxis Geographie 02/2008, Westermann; das hier vorgestellte "Planetendomino" kann auch als Baustein dieser Unterrichtseinheit eingesetzt werden.

In dieser Unterrichtseinheit zu Satelliten setzen sich die Lernenden anhand der Fernerkundung mit dem Thema Optik auseinander. Dabei erkennen sie die Zusammenhänge zwischen elektromagnetischem Spektrum, Reflexion, Absorption und der Entstehung von Satellitenbildern. Die Materialien sind auf Deutsch und auf Englisch verfügbar und somit auch im englisch-bilingualen Unterricht einsetzbar. Die hier vorgestellte Lerneinheit erläutert die Funktionsweise eines Satelliten, der das von der Erdoberfläche reflektierte Licht zur Bildaufnahme nutzt und dabei auch Wellenlängen jenseits des sichtbaren Lichts einbezieht. Zusätzlich zum Verständnis der physikalischen Inhalte lernen die Schülerinnen und Schüler auf diese Weise auch Aspekte der Fernerkundung kennen. Eine "Vermittlerfigur" in Form eines virtuellen Professors begleitet die Lernenden bei der Erforschung des elektromagnetischen Spektrums. Das Projekt "Fernerkundung in Schulen" (FIS) des Geographischen Institutes der Universität Bonn beschäftigt sich mit den Möglichkeiten zur Einbindung des vielfältigen Wirtschafts- und Forschungszweiges der Satellitenfernerkundung in den naturwissenschaftlichen Unterricht der Sekundarstufen I und II. Dabei entstehen neben klassischen Materialien auch Anwendungen für den computergestützten Unterricht. Die Unterrichtseinheit "Was sieht ein Satellit? Dem Unsichtbaren auf der Spur" beschäftigt sich mit dem Themenkomplex Optik und geht dabei vor allem auf Reflexion, Absorption und die Wellenlängen des elektromagnetischen Spektrums ein. Durch den Bezug zur Satellitenbild-Fernerkundung werden diese drei Bereiche miteinander verknüpft und ergänzt. Zunächst soll an einem einfachen Beispiel die Charakterisierung verschiedener Objekte hinsichtlich ihrer unterschiedlichen Reflexions- und Absorptionseigenschaften untersucht werden. Weiterführend soll das gesammelte Wissen auf den Satelliten übertragen werden, so dass die Funktionsweise eines Satelliten verstanden wird. Als dritter Punkt wird dann neben der Betrachtung des sichtbaren Lichts der erweiterte Bereich des elektromagnetischen Spektrums (infrarotes Licht) mit einbezogen. Ziel der Unterrichtseinheit ist es, Zusammenhänge zwischen elektromagnetischem Spektrum, Reflexion, Absorption sowie Aufnahme und Entstehung von Satellitenbildern zu verstehen. Aufbau des Computermoduls Das interaktive Modul "Was sieht ein Satellit?" gliedert sich in eine Einleitung und zwei darauf aufbauende Bereiche. Inhalte des Computermoduls Hier wird der Aufgabenteil mit den drei Bereichen Einleitung, Satellit und "unsichtbares" Licht genauer beschrieben. Die Schülerinnen und Schüler lernen Reflexionseigenschaften unterschiedlicher Objekte kennen. können die Begriffe "Reflexion" und "Absorption" erklären und unterscheiden. können den Zusammenhang zwischen Objektfarbe und Reflexionseigenschaften erklären. lernen das elektromagnetische Spektrum kennen und verstehen, dass es neben dem sichtbaren Licht noch andere Wellenlängenbereiche gibt. können die Grundlagen der Umwandlung der Reflexionswerte in Bildinformationen beschreiben. können die Entstehung von Falschfarbenbildern beschreiben. Reflexion und Absorption - Alles was wir sehen Einführung in die Thematik, Zusammenhang zwischen Reflexion und Absorption So funktioniert ein Satellit Entstehung von Satellitenbildern anhand des unterschiedlichen Reflexionsverhaltens der Erdoberfläche Dem Unsichtbaren auf der Spur Elektromagnetisches Spektrum Beginn Die Unterrichtseinheit bedient sich der Möglichkeiten des Computers, um die Thematik der Satellitenbilder durch Animation und Interaktion nachhaltig zu vermitteln. Darüber hinaus sind die durchgeführten Analysen und Manipulationen des Satellitenbildes nur mithilfe eines Rechners durchführbar - ein Umstand, der den Lernenden den Computer nicht als reines Informations- und Unterhaltungsgerät, sondern auch als Werkzeug näher bringt. Das Modul ist ohne weiteren Installationsaufwand lauffähig. Es wird durch Ausführen der Datei Reflexion_Startmanager.exe gestartet. Allgemeine Hinweise Das Computermodul besteht aus drei Bereichen, die aufeinander aufbauen. Zu Beginn ist die gelbe Navigationsleiste am linken Rand noch leer. Erst nach Bestehen eines kleinen Tests am Ende jeder Einheit wird das Icon für den jeweiligen Bereich sichtbar, so dass man später über die Navigationsleiste wieder dorthin zurück gelangen kann. Jeder Bereich enthält einen Aufgabenteil mit Fragestellungen. So können die Schülerinnen und Schüler den Kern des Problems erfassen, durch den Test überprüfen und damit interaktiv arbeiten. Der erste Teil des Moduls wird nach dem Start automatisch geladen. In einem kurzen Einführungstext erfahren die Schülerinnen und Schüler, was sie in dem Modul erkunden und lernen sollen. Sie können interaktive Versuche durchführen, indem sie am Bildschirm das Reflexionsverhalten verschiedener Gegenstände beobachten. Die Fragen unter "Aufgaben" geben Hinweise, worauf dabei zu achten ist. Als Abschluss des Modulteils ist das Bestehen eines kleinen Multiple Choice-Tests erforderlich. Satellit Im zweiten Bereich "So funktioniert ein Satellit" wird das unterschiedliche Reflexionsverhalten von Gegenständen auf die Landschaft übertragen. Mit dem Vorwissen aus der Einführung können die Schülerinnen und Schüler nun diesen Aufgabenteil im Zweiergespräch diskutieren. Abschließend wird das Verständnis wieder mit einem kleinen Quiz überprüft. Sind alle Fragen richtig beantwortet, wird man zum dritten Teil weitergeleitet. Unsichtbares Licht Im dritten Teil ("Dem Unsichtbaren auf der Spur") können die Schülerinnen und Schüler die vorangegangenen Inhalte auf ein echtes Satellitenbild übertragen. Auch hier sind sie aufgefordert, sich in Zweiergruppen auszutauschen und die Fragestellungen am Computer interaktiv zu bearbeiten. Nach richtiger Beantwortung der Testfragen fasst der virtuelle Professor die Erkenntnisse abschließend noch einmal kurz zusammen. Reflexion Im ersten Teil des Lernmoduls werden die Schülerinnen und Schüler zunächst in die Thematik der Reflexion eingeführt. Nachdem sie das Lernprogramm starten, sehen sie zunächst eine relativ dunkle Bildschirmoberfläche. Um die Bedeutung des Lichts hervorzuheben, werden die Lernenden zunächst aufgefordert das Licht anzuschalten. Erst nach Einschalten aller relevanten Geräte (Licht, Kamera und Bildschirm) funktioniert der Versuch. Die Kamera lässt sich mit dem Mauszeiger ansteuern und entlang der Schiene hin- und herbewegen. Indem die Schülerinnen und Schüler mit dem virtuellen Professor spielerisch einen Versuch durchführen, erfahren sie, wie verschieden die Objekte auf dem Tisch - ein Kaktus, eine Chilischote, ein Hühnerei und eine schwarze Arbeitsunterlage - das Licht der Lampe reflektieren. Auf dem Bildschirm können sie nachvollziehen, in welchem Wellenlängenbereich des sichtbaren Lichts ein Objekt sehr viel beziehungsweise sehr wenig reflektiert. So können die Lernenden den Zusammenhang zwischen Objektfarbe und Höhe der Reflexion in den verschiedenen Wellenlängenbereichen herleiten. Absorption Um den Begriff der Absorption näher zu verdeutlichen, ist als Besonderheit eine schwarze Arbeitsunterlage integriert. Die Lernenden sollen zu der Frage angeregt werden, warum auf dem Bildschirm keine Ausschläge zu erkennen sind, wenn sich die Kamera über der Arbeitsunterlage befindet. Die Fragen, die sich unter "Aufgabe" finden, geben Arbeitshinweise zur Versuchsdurchführung (Abbildung 2, zum Vergrößern anklicken). Zur Überprüfung und Festigung des Gelernten ist ein Test integriert, den man über einen Button unten rechts im Bild erreicht (Box mit Fragezeichen). Aufnahme der Erdoberfläche Im zweiten Modulteil soll das Wissen aus dem virtuellen Labor übertragen werden. Ziel ist es, grundsätzlich die Funktionsweise eines Satelliten zu verstehen. Die Schülerinnen und Schüler erfahren, dass Satelliten die Erdoberfläche ähnlich aufnehmen wie zuvor die Kamera die Gegenstände auf dem Tisch im Labor. Ein Satellit misst vergleichbar einer Kamera beziehungsweise eines Spektroradiometers die von der Erdoberfläche reflektierte Strahlung. Darüber hinaus sollen die Schülerinnen und Schüler erfahren, dass die gemessenen Reflexionssignale zu Bildinformation verarbeitet werden können. Die Moduloberfläche des zweiten Teils zeigt zu Beginn eine skizzierte Landschaft über die ein Satellit hinweg fliegt (Abbildung 3). Am Boden zeigt ein rotes Quadrat an, welchen Ausschnitt der Satellit aktuell aufnimmt. Visualisierung Die Lernenden können mit dem Button "Bild übertragen" den aktuellen Ausschnitt der Landschaft visualisieren. Zur Förderung der visuellen Kompetenzen sowie der Sprachkompetenzen werden die Schülerinnen und Schüler dazu aufgefordert die Landschaft zu charakterisieren. Die Bilddarstellung erfolgt im rechten Teil des Bildschirmfensters über ein Farbbild und drei Grauwertbilder. Neben dem Farbbild wird für die Wellenlängenbereiche Blau, Grün und Rot das jeweilige Grauwertbild eingeblendet. Links neben den Bildern ist als zusätzliche Informationsquelle ein Diagramm integriert, in welchem für jedes Bildpixel die Höhe der Reflexion in den drei Wellenlängenbereichen angezeigt wird. Abschließend sollen sich die Lernenden mit der Frage beschäftigen, wie ein Satellit Bilder der Erdoberfläche erzeugt und wie ein Farbbild entsteht. Dritter Bereich: "unsichtbares" Licht Elektromagnetisches Spektrum Im dritten und letzten Teil des Lernmoduls erfolgt eine Erweiterung in der Betrachtung des elektromagnetischen Spektrums: Lernende können sich darüber informieren, dass das Spektrum auch aus weiteren Wellenlängenbereichen besteht. Einige dieser Bereiche des elektromagnetischen Spektrums können vom Satelliten bei der Bilderzeugung zusätzlich genutzt werden. Farbige Satellitenbilder Entsprechend enthält der dritte Modulteil statt einer schematischen Landschaftsskizze ein hochaufgelöstes Satellitenbild als Grundlage. Ähnlich wie im vorherigen Kapitel kann ein Bild übertragen und visualisiert werden. Der Unterschied besteht darin, dass neben den drei Wellenlängenbereichen des sichtbaren Lichts ein vierter Kanal aus dem Bereich des Infraroten Lichts zur Verfügung steht. Die Lernenden können somit aus den vier Kanälen drei auswählen und zur Erstellung eines Farbbildes jedem Kanal eine der Farben Rot, Grün oder Blau zuweisen (Abbildung 4). Durch Mausklick in das Farbbild am rechten oberen Bildschirmrand werden die Reflexionswerte für die einzelnen Wellenlängenbereiche angezeigt. Sie erscheinen als Kurve im elektromagnetischen Spektrum am oberen Bildschirmrand. Über die Kombination der Informationen sollen die Lernenden sich mit dem Begriff Falschfarbenbild auseinandersetzen und erklären können, warum zum Beispiel bei der Kanalkombination Infrarot - Rot - Grün die Vegetationsflächen im Farbbild rot dargestellt werden.

Mit diesem Arbeitsmaterial werden kommentierte Linktipps zum Themenkreis "Ritter" und "Mittelalter" zur Verfügung gestellt. Diese Themen werden häufig im dritten oder vierten Schuljahr angesprochen. Als Ausgangspunkt können eine in der näheren Schulumgebung gelegene Burg oder ein Schloss dienen.Ein vom Mittelalter begeisterter Vater stellt seinen für den Sohn entwickelten Bastelbogen für eine Ritterburg und die Vorlage für ein Brettspiel zum Download bereit. Das Spiel besteht aus einem Spielplan, auf dem die Ritterfiguren je eine Burg errichten sollen. Dabei stoßen sie im Spielverlauf auf einige Hindernisse: Kämpfe mit den beteiligten Rittern um das Baumaterial oder die Abwehr des burgeigenen Drachens. Eine Anleitung schildert ausführlich die Spielregeln, die vor dem Zusammenbau der Einzelteile gelesen werden sollten. Zusätzlich beinhaltet die Homepage eine Reihe von Kurzinformationen über das Leben auf einer Burg, den Alltag und die Ausbildung von Kindern. Die Texte sind illustriert und leicht lesbar und eignen sich deshalb gut für den Einsatz im Unterricht. Die angegebenen Quellen enthalten sowohl "klassische" Texte für den Sach- und Sprachunterricht als auch Ideen für den gestalterischen und musischen Bereich. Die Linksammlung lässt sich somit als Grundlage zur Weiterführung des Themas Ritter im fächerübergreifenden Unterricht nutzen.Diese Situationsorientierung schließt auch das mittelalterliche Leben des Heimatortes ein. Die vielfältigen Möglichkeiten für einen fächerübergreifenden Unterricht mit Einsatz der digitalen Medien sollen im Folgenden durch Informations- und Materialquellen aus dem Internet angeregt werden. Die Fülle der mittelalterlichen Seiten im Internet macht die Auswahl geeigneter Quellen für Grundschulkinder nicht einfach. Das Interesse dieser Altersstufe richtet sich erfahrungsgemäß auf die Burg und ihre Bauteile, den Ritter mit Rüstung und Waffen und das Fantasiespiel innerhalb dieses Kreises. Dieses Vorwissen, das durch das Lesen von Grusel- und Abenteuergeschichten ergänzt wird, kann als motivierender Einstieg genutzt und sollte sachgerecht ausgebaut werden.

In dieser Unterrichtseinheit zum Thema Fakultäten und Binomialkoeffizienten schreiben die Lernenden ein Programm, das nach Möglichkeiten sucht, die Trikots beim Trikottausch zwischen zwei Mannschaften in einer bestimmten Art zu vergeben. Der Zusammenhang zwischen Wahrscheinlichkeit und relativer Häufigkeit wird an einem spannenden Beispiel spielerisch vorgestellt. Auch dazu soll eine zweite kleine Simulation erstellt werden.Die neuen G8-Lehrpläne sehen schon in Unter- und Mittelstufe Einblicke in die Kombinatorik und die Wahrscheinlichkeitsrechnung vor. Schülerinnen und Schüler der Klassen 10 und 11 in G9 werden erst im Grund- oder Leistungskurs Einblicke in diese Thematik erfahren. Die hier vorgestellte Unterrichtseinheit soll eine erste Anwendung derartiger Elemente aufzeigen. Sie lässt sich in Arbeitsgruppen oder Arbeitskreisen außerhalb des Unterrichts realisieren. Die hier angebotenen Materialien bieten eine Möglichkeit, begabte Schülerinnen und Schüler selbstständig arbeiten zu lassen und ihnen immer wieder Aufgaben und Lösungen auszuhändigen. Für Hilfeleistungen und Rückmeldungen sollte ihnen dabei die Lehrperson als Ansprechpartner zur Seite stehen. Lebensweltbezug Als Aufhänger für die Thematik der Aufgabenstellung, Fakultäten und Binomialkoeffizient, können Sport-Events wie Fußball- und Handball-Weltmeisterschaften oder Europameisterschaften genutzt werden. Beim Trikottausch am Ende der Partien spielen sicher vorherige Absprachen eine Rolle und nicht jeder gibt sein Trikot am Ende eines Matches her. Dass der Trikottausch auch etwas mit Mathematik zu tun haben könnte, kann man schnell übersehen... Einstieg in die Thematik Fakultäten und Binomialkoeffizient Am Beispiel einer Mannschaftsstärke von fünf Spielern soll zuerst die Anzahl von Möglichkeiten erarbeitet werden, wie diese fünf Sportler die fünf Trikots der gegnerischen Mannschaft unter sich verteilen können. Das Prinzip ist schnell erkannt. Anschließend soll das Trikottauschen mit einer Bedingung erfolgen: Kein Spieler soll das Trikot mit seiner eigenen Nummer erhalten. Die Bestimmung dieser Anzahl scheint anfangs nur per Suche möglich zu sein. Fortsetzung und Vertiefung Nachdem mithilfe des Computers die Anzahl der Möglichkeiten, wie die Trikots mit der Zusatzbedingung verteilt werden können, bestimmt wurde, wird eine Berechnungsvorschrift vorgestellt. Mit dieser kann dann für beliebige Anzahlen von Spielern die Frage nach der Anzahl der Tauschmöglichkeiten berechnet werden. Da die Wahrscheinlichkeit einer solchen Trikotverteilung gegen 1/e strebt, kann mit einer weiteren Simulation die Zahl der Möglichkeiten für die Verteilung mit dem Computer bestimmt und mit dem exakten Wert verglichen werden.Die Schülerinnen und Schüler lernen die Kombinatorik kennen. lernen ein einfach klingendes und somit leicht verständliches mathematisches Problem kennen, dessen gesamte Lösung aber noch aussteht. lernen mathematische Syntax kennen. lernen Wahrscheinlichkeiten und relative Häufigkeiten kennen. setzen Algorithmen in einfache Programmroutinen um. arbeiten selbstorganisiert.

In dieser Unterrichtseinheit zu linearen Funktionen setzen sich die Lernenden mit dem mathematischen Funktionsbegriff auseinander und wenden ihn in einer anschaulichen Fragestellung aus der Fernerkundung an. Dabei erarbeiten sie Möglichkeiten zur Korrektur verzerrter Scannerbilder mithilfe einer linearen Funktion. Die Materialien sind auf Deutsch und auf Englisch verfügbar und somit auch im englisch-bilingualen Unterricht einsetzbar.Zentrales Element dieser Lerneinheit zu linearen Funktionen ist das Beispiel eines Flugzeugs, das für Scanneraufnahmen über eine Landschaft fliegt und durch eine Windböe vom geraden Kurs abkommt. Die dadurch auf dem Scannerbild entstandene Verzerrung können die Schülerinnen und Schüler durch eine Funktion korrigieren. Zusätzlich zum Verständnis der mathematischen Inhalte lernen die Schülerinnen und Schüler auch Aspekte der Fernerkundung kennen. Das Projekt "Fernerkundung in Schulen" (FIS) des Geographischen Institutes der Universität Bonn beschäftigt sich mit den Möglichkeiten zur Einbindung des vielfältigen Wirtschafts- und Forschungszweiges der Satellitenfernerkundung in den naturwissenschaftlichen Unterricht der Sekundarstufen I und II. Dabei entstehen neben klassischen Materialien auch Anwendungen für den computergestützten Unterricht.Ziel der Unterrichtseinheit ist es, Aufgaben und die Mechanismen einfacher linearer Funktionen zu verstehen. Durch die praktische Anwendung sollen mögliche Verständnisbarrieren frühzeitig überwunden werden und den Lernenden ein klarer Bezug der mathematischen Inhalte zu realen Situationen aufgezeigt werden, in diesem Fall zur rechnerischen Entzerrung von Scannerbildern. Schülerinnen und Schüler sollen mithilfe des Moduls das Verständnis für den Sinn und die Charakteristik von einfachen Funktionen festigen, bevor es lehrplangemäß zur Vertiefung dieser Thematik kommt. Es ist jedoch denkbar, Themen wie den Aufbau einer Funktionsgleichung oder die Herleitung einer Funktionsgleichung aus zwei Punkten eines Graphen an das Modul anzulehnen und sich im regulären Unterricht sukzessive die Werkzeuge zur Lösung des Moduls zu erarbeiten. Die mathematische Auseinandersetzung mit dem Funktionsbegriff ist zentrale Aufgabe des Moduls. Zusätzlich lernen die Schülerinnen und Schüler Aspekte der Fernerkundung kennen. Einführung in das Computermodul Das interaktive Modul "Lineare Funktionen: Pixel auf Abwegen" gliedert sich in ein Startmenü, eine Einleitung und den in drei Bereiche unterteilten Aufgabenteil. Aufgabenteil im Computermodul Hier wird der Aufgabenteil mit den drei Bereichen Analyse, Funktion und Entzerrung des interaktiven Moduls "Lineare Funktionen: Pixel auf Abwegen" genauer beschrieben. Die Schülerinnen und Schüler können die Entstehung von Scannerbildern nachvollziehen. stellen einen klaren Bezug zwischen den mathematischen Inhalten und der realen Situation her. kennen die Struktur eines digitalen Bildes und können sie auf die Problemstellung übertragen. formulieren die Anforderung an eine Funktion, welche für die Lösung der Problemstellung notwendig ist. verstehen den Sinn und die Arbeitsweise von Funktionen anhand des zu entzerrenden Bildes. Nach der Weiterleitung in diesen Bereich sind in der linken Navigationsleiste drei Felder zu erkennen, über welche die Bereiche 1, 2 und 3 frei anwählbar sind. Im Aufgabenteil sollen die Schülerinnen und Schüler den Kern des Problems der Driftverzerrung erfassen und können nun interaktiv arbeiten. Bereich 1: Analyse Hier stehen den Lernenden zwei Bilder zur Verfügung. Ein unverzerrtes Vergleichsbild und das verzerrte Bild, welches im Laufe der Vorgeschichte entstanden ist. Aufgabe ist es die Unterschiede in den Bildern genau zu definieren. Dabei hilft ihnen ein Tool, mit dessen Hilfe sie in beiden Bildern einen Bildausschnitt vergrößern können. Der Button "Aufgaben" öffnet ein Feld mit den drei innerhalb dieses Bereichs zu lösenden Aufgabenstellungen. Im linken Bereich ist ein Schema abgebildet, welches alle für die Lösung der Aufgaben relevanten Angaben enthält (Abbildung 3, bitte auf den Platzhalter klicken). Ziel ist es, eine Aussage über die Anzahl der Bildspalten treffen zu können, um die die erste und die letzte Bildzeile im verzerrten Bild versetzt sind. Dazu muss der Betrag in Meter, um den das Flugzeug am Ende der Aufnahme abgewichen ist, in Pixel umgerechnet werden. Der Betrag in Bildspalten y, um den die erste, also oberste Bildzeile x versetzt ist, wird als Punkt A in das Graphenmodul auf der rechten Seite eingegeben. Punkt B setzt sich aus dem Versatz der letzten, also untersten, Bildzeile x2 um die Anzahl der Bildspalten y2 zusammen. Bei den Berechnungen wird eine Genauigkeit von zwei Nachkommastellen als ausreichend betrachtet. Dieser Bereich dient der Überprüfung der aufgestellten Funktion. Sie kann unten links in die Felder eingetragen werden. Der Button "Bild entzerren" versetzt die Bildzeilen des verzerrten Bildes entsprechend der eingegebenen Funktion. Die richtige Funktionsgleichung führt auch zum richtigen Ergebnis. Zur Überprüfung ist links noch einmal das verzerrte Bild dargestellt. Der Button mit den entgegengesetzten Pfeilen bietet die Möglichkeit, das unverzerrte Kontrollbild einzublenden. In diesem Bereich kann zum besseren Verständnis der Vorgänge auch experimentiert werden. Grundsätzlich führt eine erhöhte Steigung des durch die Funktionsgleichung beschriebenen Graphen zu einer stärkeren Verzerrung. Der y-Achsenabschnitt beschreibt einen Versatz des Bildes in positive oder negative Richtung. Das Programm beachtet dabei nur diskrete Werte. Kommastellen werden gerundet. So findet die Verschiebung nur in ganzen Pixelwerten statt. Stunde 1 Stundenziel: Der fernerkundliche Hintergrund soll verstanden werden und die Überleitung zur mathematischen Fragestellung durchgeführt werden. Feinziele (FZ): FZ 1: Die Schülerinnen und Schüler sollen die Entstehung von Scannerbildern nachvollziehen können. FZ 2: Die Schülerinnen und Schüler sollen die Struktur eines digitalen Bildes kennen und auf die Problemstellung übertragen können. FZ 3: Die Schülerinnen und Schüler sollen die Anforderung an eine Funktion formulieren, welche für die Lösung der Problemstellung notwendig ist. Phase Inhalt Sozial- / Aktionsform Medien / Dateien Einführung Erläuterungen zur Fernerkundung; Abbildungen zur Entstehung von Scannerbildern; Verdeutlichung über den Startbildschirm des Computermoduls Unterrichtsgespräch Folien 1 und 2; Computer und Beamer; Startbildschirm des Computermoduls Problematisierung Einführung der Problemstellung Gruppenarbeit Computer, Punkt "Einführung" im Computermodul Erarbeitung Schülerinnen und Schüler verdeutlichen sich die Verzerrung anhand der Aufgabenstellungen im Bereich "Analyse". Gruppenarbeit Computer, Punkt "Analyse" im Computermodul Bündelung Zusammenfassen der Erkenntnisse Unterrichtsgespräch Computer und Beamer, Punkt "Analyse" im Computermodul Stunde 2 Stundenziel: Eine lineare Funktion soll aufgestellt werden, mit deren Hilfe das verzerrte Bild entzerrt werden kann. Feinziele (FZ): FZ 1: Die Schülerinnen und Schüler sollen denn Sinn und die Arbeitsweise von Funktionen anhand des zu entzerrenden Bildes verstehen. Phase Inhalt Sozial- / Aktionsform Medien / Dateien Einführung Wiederholung der am Ende der letzten Stunde formulierten Anforderung an die Funktion Unterrichtsgespräch Computer und Beamer, Punkt "Analyse" im Computermodul Problematisierung 1. Es ist noch nicht bekannt, um wie viele Pixel die Bildreihen maximal verschoben sind. 2. Die Funktion selber ist noch nicht bekannt. 3. Die Funktion muss auf das Bild angewendet werden. Gruppenarbeit Computer, Punkt "Funktion" im Computermodul Erarbeitung Schülerinnen und Schüler erarbeiten sich anhand der Aufgabenstellungen im Bereich "Funktion" die Funktion und testen sie im Bereich "Entzerrung". Gruppenarbeit Computer, Punkte "Funktion" und "Entzerrung" im Computermodul Bündelung Zusammenfassen der Erkenntnisse, auch durch die Möglichkeit mithilfe beliebiger Funktionen das Bild zu verzerren Unterrichtsgespräch Computer und Beamer, Punkt "Entzerrung" im Computermodul Um den Kern der Problematik im Modul erfassen zu können, ist eine kurze Erklärung notwendig, denn die hier behandelte Verzerrung ist nur charakteristisch für Scannerbilder. Die Beispiele aus den Hintergrundinformationen und vor allem die interaktive Animation am Anfang des Moduls sollen hier behilflich sein. Folie 1 zeigt klar den Unterschied zwischen einem normalen Luftbild und einem Scannerbild auf. Um zu verdeutlichen, wo die Vorteile eines Scannerbildes liegen, kann Folie 2 gezeigt werden. Die Unterrichtseinheit "Lineare Funktionen: Pixel auf Abwegen" bedient sich der Möglichkeiten des Computers, um die Thematik durch Animation und Interaktion nachhaltig zu vermitteln. Darüber hinaus ist die durchgeführte Bildkorrektur nur mithilfe eines Rechners durchführbar. Ein Umstand, der den Schülerinnen und Schülern das Medium Computer nicht als reines Informations- und Unterhaltungsgerät, sondern auch als Werkzeug näher bringt. Das Modul ist ohne weiteren Installationsaufwand lauffähig. Es wird durch Ausführen der Datei "FIS_Pixel auf Abwegen.exe" gestartet. Dazu ist ein Adobe Flash Player notwendig. Der erste Bereich des Computermoduls "Lineare Funktionen: Pixel auf Abwegen" wird nach dem Start automatisch geladen. Die Animation verdeutlicht die Arbeitsweise eines flugzeuggestützten Scanners. Das Flugzeug scannt dabei eine Landoberfläche ab, gleichzeitig wird auf der rechten Seite der gescannte Bildbereich Reihe für Reihe, der aktuellen Flugzeugposition entsprechend, aufgebaut. Abbildung 1 verdeutlicht dies (Platzhalter bitte anklicken). Die mittig angeordneten Pfeile dienen der Beeinflussung des Flugverhaltens. Das gescannte Bild reagiert dabei auf die ausgelösten Manöver und die entstandene Verzerrung wird angezeigt. Wird eine Seitwärtsbewegung ausgelöst, erscheint ein Button. Ein Klick auf den Button "Driftverzerrung bearbeiten" leitet über zum nächsten Menüpunkt. Zur Anpassung der Animation an geringere Rechnerleistung kann die Qualität mithilfe des Buttons im oberen linken Fensterbereich angepasst werden. Der zweite Bereich bietet eine animierte Einführung, in der ein Flugzeug über eine Landschaft fliegt. Abbildung 2 gibt einen Eindruck dieser Animation (bitte auf den Platzhalter klicken). Eine semi-fiktionale Geschichte erzählt kurz, wie es zur Situation der Driftverzerrung gekommen ist, die es auf mathematischem Weg zu lösen gilt. Die "Weiter"-und "Zurück"-Buttons navigieren durch die beiden Abschnitte dieses Bereichs und leiten zum dritten Bereich, dem Aufgabenteil, weiter.

Schülerinnen und Schüler testen das Phänomen der Serien von gleichen Würfelzahlen mit einer Excel-Simulation und erarbeiten eine rekursive Funktion zur Berechnung der Wahrscheinlichkeit solcher Ereignisse. Wie wahrscheinlich ist es, beim 100maligen Würfeln mindestens viermal die gleiche Zahl hintereinander zu werfen? Vielen Menschen scheint das "kein Zufall mehr" zu sein und am Würfel oder am Zufallsgenerator stimmt vielleicht etwas nicht, wenn so ein Ereignis eintritt. Ist es bei einem Laplace-Würfel aber wirklich so selten? Dies können begabte Schülerinnen und Schüler ab Klasse 8 mit den hier vorgestellten Aufgaben und Materialien untersuchen. Einsatz von Excel Die Schülerinnen und Schüler sollen zunächst selbst Zufallszahlen erzeugen. Sie simulieren Würfelserien und diskutieren ihre Beobachtungen (serien_beim_wuerfeln_aufgaben.rtf). Die Excel-Tabellenblätter "serien_beim_wuerfeln.xls" zur Simulation von Würfelserien und zur Berechnung der gesuchten Wahrscheinlichkeit können von der Lehrkraft vorgegeben oder von den Schülerinnen und Schülern selbst in ähnlicher Weise erstellt werden. Wenn den Lernenden das gebrauchsfertige Tabellenblatt zur Verfügung gestellt wird, sollte zuvor diskutiert werden, was dort sinnvollerweise zu berechnen ist. Gegebenenfalls erfolgt eine Einführung in die Arbeit mit der Exceltabelle durch die Lehrperson. Für die vorgegebenen Blätter gilt: Auf dem Tabellenblatt "Würfelsimulation" wird pro Spalte hundertmal gewürfelt. In der Spalte danach wird gezählt, ob viermal die gleiche Zahl hintereinander gefallen ist. In Zeile 121 werden die Anzahlen der 4er-Serien ermittelt und schließlich wird gezählt, wie groß die Häufigkeit von "mindestens eine Viererserie" ist. Auf dem anderen Tabellenblatt werden die Wahrscheinlichkeiten rekursiv für 4er- und 5er-Serien jeweils auf zwei Arten ermittelt. Rekursionsformel gesucht! Dem Wunsch nach einer einfachen Formel, mit der die gesuchten Wahrscheinlichkeit zu berechnen sind, kann nicht nachgekommen werden. Daher müssen die Schülerinnen und Schüler mit der Idee vertraut gemacht werden, nach einer rekursiven Formel zu suchen. Sie sollen dies zunächst selbstständig tun. Gegebenenfalls kann die Lehrperson Tipps geben, zum Beispiel darauf hinweisen, die Anzahl der Würfe zunächst klein zu halten. Man könnte auch die Anzahl der Wiederholungen kleiner machen ("zweimal die gleiche Zahl hintereinander" oder "dreimal"). Außerdem könnte statt Würfeln ein wiederholter Münzwurf betrachtet werden (bei jedem Wurf gibt es nur zwei mögliche Ergebnisse). Auf solche Vorgaben kann auch im Nachhinein die gefundene Rekursionsformel abgeändert werden. Realität und Simulation Als Test, ob ihre Formel wirklich die gesuchte Wahrscheinlichkeit berechnet, können die Schülerinnen und Schüler ihre Ergebnisse mit den Werten der Excel-Simulation vergleichen und bekommen so einen gewissen Anhaltspunkt für die Richtigkeit ihrer Formel. Bei der Simulation sehen sie aber auch, dass durchaus gewisse Schwankungen auftreten können (die Werte für die Häufigkeit, wie oft eine 4er- Serie auftritt, schwanken oft zwischen 25 und 40 von 100). Die Schülerinnen und Schüler sollen Zufallszahlen in einem Excel-Tabellenblatt erzeugen können. Simulationen von Zufallsexperimenten durchführen und auswerten können. eine rekursive Funktion zur Bestimmung von Wahrscheinlichkeiten verstehen und eventuell sogar selbst erstellen können. rekursive Funktionen mithilfe einer Tabellenkalkulation auswerten. Hypothesen aufstellen und überprüfen. weitgehend eigenverantwortlich und kooperativ arbeiten.

In dieser Unterrichtseinheit zum Thema Schall werden Low-Cost-Experimente zur Bestimmung der Schallgeschwindigkeit in Luft und Wasser mithilfe von Computer, Soundkarte und Kopfhörer vorgestellt.Die elektronische Messwerterfassung ist eine wichtige physikalische Arbeitsweise, die aus Fachwissenschaft und Industrie nicht mehr wegzudenken ist, die im Schulunterricht - insbesondere in der Sekundarstufe I - jedoch wenig Anwendung findet. Häufig entfallen computergestützte Experimente hier aufgrund fehlender technischer Voraussetzungen. Dieser Beitrag zeigt, wie Lernende in Kleingruppenarbeit mithilfe des Computers die Schallgeschwindigkeiten in Luft und Wasser mit einfachen Mitteln bestimmen können.Beobachtet man den Start eines Wettlaufs aus mehreren hundert Metern Entfernung, so liegt zwischen der optischen Wahrnehmung des Klappenschlags und des zu hörenden Knalls eine merkliche Zeitdifferenz. Dieser Effekt, den die Schülerinnen und Schüler aus dem Sportunterricht kennen, zeigt, dass die Ausbreitung des Schalls mit einer endlichen Geschwindigkeit erfolgt. Weitere Alltagserfahrungen führen zur gleichen Schlussfolgerung. Besonders eindrucksvoll ist die Zeitdifferenz zwischen der Wahrnehmung von Blitz und Donner bei einem weit entfernten Gewitter, aus der die Entfernung des Unwetters geschätzt werden kann. Experimentelle Varianten zur Bestimmung der Schallgeschwindigkeit Verschiedene experimentelle Varianten werden hier vorgestellt. Ein Low-Cost-Arrangement eignet sich zur Bestimmung der Schallgeschwindigkeit in Luft und in Wasser. Fachkompetenz Die Schülerinnen und Schüler kennen die Definitionsgleichung der Geschwindigkeit. wissen, wie die Durchschnittsgeschwindigkeit eines sich bewegenden Körpers bestimmt werden kann. können die Zeit, die der Schall zur Ausbreitung einer definierten Strecke benötigt, mithilfe eines Computers und eines Kopfhörers experimentell bestimmen. können ein Experiment zur Bestimmung der Schallgeschwindigkeit in Luft (optional auch in Wasser) beschreiben und durchführen. kennen den Wert der Schallgeschwindigkeit in Luft (optional auch in Wasser) für eine Temperatur von 20 Grad Celsius und wissen, dass dieser mit der Temperatur variiert. wissen, dass sich die Schallwellen in verschiedenen Materialien unterschiedlich schnell ausbreiten. Medienkompetenz Die Schülerinnen und Schüler können mit einer geeigneten Tonanalyse-Software (zum Beispiel Cool Edit) ein aufgenommenes Signal auswerten. können Oszillogramme interpretieren. Erzeugung einer stehenden Welle In einer Glasröhre werden durch Reflexion stehende Wellen erzeugt, deren Schwingungsknoten mit Korkmehl sichtbar gemacht werden können (Kundtsche Röhre). Anschließend bildet man das Produkt aus Wellenlänge und Frequenz oder man benutzt das so genannte Laufzeitverfahren. Dabei muss lediglich der Quotient aus gemessener Entfernung vom Beobachter zur Schallquelle und der Zeitdifferenz berechnet werden. Letzteres ist sicherlich - insbesondere in der Sekundarstufe I - die für Schülerinnen und Schüler anschaulichere Variante. Nachteil: Technische Voraussetzungen sind nicht immer gegeben Aufgrund der nur geringen maximal zu erreichenden Distanz zwischen Beobachter und Schallquelle stellt das Laufzeitverfahren, wenn es im Fachraum Anwendung finden soll, hohe Anforderungen an die Zeitmessung. Üblicherweise kommt dabei ein computergestütztes Messwerterfassungssystem zum Einsatz. Dies hat jedoch zwei Nachteile: Erstens verfügen die meisten Haupt- und Realschulen nicht über ein solches System und zweitens ist der Versuch auf konventioneller Art nur als Demonstrationsexperiment denkbar. Versuchsaufbau und Software Eine Möglichkeit, das Experiment ohne teures Messwerterfassungssystem mithilfe eines Computers mit Soundkarte, zweier Mikrofone und einer Tonanalyse-Software (zum Beispiel Cool Edit, GoldWave oder Nero Wave-Editor) durchzuführen, wird von Walter Stein beschrieben ("Versuche mit der Soundkarte", siehe Zusatzinformationen ). Die Mikrofone sind in einem Abstand von etwa einem Meter anzuordnen und unter Benutzung eines y-Kabels dem Stereoeingang der Soundkarte (Line-In) zuzuführen (Abb. 1). Ersetzt man die Mikrofone durch handelsübliche Stereokopfhörer, so wird der beschriebene Versuch zum Low-Cost-Experiment und kann insbesondere auch als Schülerversuch zum Einsatz kommen. Abb. 2 (Platzhalter bitte anklicken) zeigt ein Messbeispiel für einen "Mikrofonabstand" von 0,6 Metern (aufgenommen mit der Software Cool Edit). Bei einer gemessenen Zeitdifferenz von 1,7 Millisekunden errechnet sich die Schallgeschwindigkeit in Luft zu 353 Metern pro Sekunde. Ein Vergleich mit dem Literaturwert (344 Meter pro Sekunde bei 20 Grad Celsius) zeigt, dass die Schallgeschwindigkeit in Luft unter Verwendung von Alltagsgegenständen ausreichend genau bestimmt werden kann. Der Literaturwert liegt im Fehlerintervall der Messung (353 plus/minus zwölf Meter pro Sekunde). Versuchsaufbau Neben der Bestimmung der Schallgeschwindigkeit in Luft kann der von Walter Stein in "Versuche mit der Soundkarte" (siehe Zusatzinformationen ) vorgestellte Versuch zur Ermittlung der Ausbreitungsgeschwindigkeit des Schalls in Wasser ebenfalls mithilfe gängiger Stereokopfhörer durchgeführt werden. Als Messstrecke kommt dabei zum Beispiel ein mit Leitungswasser gefüllter Blumenkasten zum Einsatz (Abb. 3). Um die Kopfhörer auch als Hydrophone verwenden zu können, werden diese mit Wasserbomben überzogen. Die dünnhäutigen Luftballons sind in Spielzeugwarengeschäften zu erwerben. Erklärung der Ergebnisse mit der Teilchenvorstellung Der Versuchsaufbau stellt eine schöne Transferaufgabe dar, die von den Schülerinnen und Schülern nach der Bestimmung der Schallgeschwindigkeit in Luft gelöst werden kann. Der experimentelle Befund, dass die Schallgeschwindigkeit in Flüssigkeiten größer ist als die in Gasen, kann mithilfe der Teilchenvorstellung erklärt werden. Bei einem Mikrofonabstand von 0,57 Meter und einer gemessenen Zeitdifferenz von 0,4 Millisekunden wurde für die Schallgeschwindigkeit in Wasser der Wert 1.425 Meter pro Sekunde ermittelt. Auch dieser Wert stimmt gut mit dem Literaturwert überein (1.484 Meter pro Sekunde bei 20 Grad Celsius). Eine Reihe weiterer ansprechender und für den Schulunterricht aufbereiteter Beispiele zur computergestützten Messwerterfassung mithilfe der Soundkarte haben Walter Stein, Oliver Schwarz und Patrik Vogt beschrieben (siehe Literaturhinweise). Stein, Walter Versuche mit der Soundkarte, Ernst Klett Verlag, Stuttgart, 1999 Schwarz, Oliver; Vogt, Patrik Akustische Messung an springenden Bällen, PdN-Ph. 3/53 (2004), Seite 22-25

Hat Ihre Grundschule einen Schulgarten? Oder zumindest eine kleine, entsiegelte und zum Bepflanzen geeignete Fläche? Bestimmt finden Sie ein Fleckchen, um eine Kräuterecke anzulegen und sich dabei auf verschiedenen Lernebenen mit Kräutern und deren Wirkung zu beschäftigen. In einem fächerübergreifenden Projekt (Sachunterricht, Deutsch, Bildende Kunst) sollen die Schülerinnen und Schüler in praktischer Arbeit einen kleinen Kräutergarten anlegen, sich dabei in einem offen angelegten Unterricht mit verschiedenen Kräutern auseinandersetzen, Informationen hierzu recherchieren und die Ergebnisse ihrer Arbeit auf einer Internetseite dokumentieren. Die Unterrichtseinheit ist auch als Thema für eine Projektwoche gut geeignet. Viele Lernbereiche lassen sich integrieren, wie das Schreiben von Bastelanleitungen, Rezepten und freien Texten, praktische Tätigkeiten im Garten, in der Schulküche oder die Zusammenarbeit mit außerschulischen Kooperationspartnern. Der Verlaufsplan "Küchenkräuter" dokumentiert im Wesentlichen den "redaktionellen" Teil des Projekts, also die Erstellung der Projekthomepage mit dem Webseiten-Generator. Die praktische Arbeit sollte in kleinen, auflockernden (damit aber nicht weniger wichtigen) Sequenzen in die Unterrichtseinheit eingefügt werden. Dabei sollte es den Projektgruppen selbst überlassen bleiben, das Wann und Wie zu bestimmen. Die Schülerinnen und Schüler sollen lernen, ihre Arbeit eigenständig zu planen und in einem vorgegebenen Zeitrahmen organisiert umzusetzen. Hinweise zur Durchführung des Projekts Hier finden Sie Informationen zur Vorbereitung und Durchführung des Projekts sowie Erläuterungen zu verschiedenen Arbeitsblättern. Fachkompetenz Die Schülerinnen und Schüler sollen verschiedene Informationsquellen (Printmedien, Internet, Befragung von Fachleuten) nutzen, um Grundkenntnisse über ein Sachthema zu erwerben. die gewonnen Informationen zielgerichtet auswerten und Sachtexte nach Vorgaben verfassen. die Anlage eines Kräutergartens planen und praktisch umsetzen. ihre Sinne schulen (sehen, riechen, schmecken, tasten). Medienkompetenz Die Schülerinnen und Schüler sollen ihre Arbeitsergebnisse dokumentieren und auf einer Webseite präsentieren. zielorientierte Recherchen (Internet, Printmedien) durchführen und bewerten. selbst fotografierte Bilder auf dem Computer abspeichern. selbst gemalte Bilder einscannen und abspeichern. Texte und Grafiken auf eine Internetseite bringen. um ein ansprechendes Layout bemüht sein. erkennen, dass die durch das Internet zur Verfügung gestellten Informationen sehr umfangreich und jederzeit verfügbar sind. erkennen, dass die Präsentation ihres Projekts für eine breite Zielgruppe verfügbar ist, auch außerhalb der Schule Sozialkompetenz Die Schülerinnen und Schüler sollen sich an Hand von Leitaufgaben selbständig in Einzel-, Partner- und Gruppenarbeit mit einer Sachfrage auseinandersetzen. ihre Arbeit gegenseitig bewerten und auch Kritik annehmen können. gegenseitige Hilfe anbieten und annehmen. Thema Küchenkräuter Autorinnen Marga Feldenz, Petra Felleisen Fach Deutsch, Sachunterricht, Bildende Kunst Zielgruppe 3. - 4. Klasse Zeitbedarf Mit den praktischen Arbeiten im Garten 15 Unterrichtsstunden verteilt auf 5 Schultage Technische Voraussetzungen Computer mit Internetzugang, Digitalkamera, Scanner Erforderliche Vorkenntnisse Geringe Grundkenntnisse im Umgang mit dem Computer Planung Verlaufsplan "Küchenkräuter" Ausgehend von mit den Schülerinnen und Schülern erarbeiteten Zielvorgaben (eine Kräuterspirale oder einen Kräutergarten bepflanzen, Informationen über die zu pflanzenden Kräuter sammeln, das erworbene Wissen anwenden und dokumentieren) ergibt sich eine klare, dreigliedrige Projektstruktur: multimedialer Wissenserwerb praktische Tätigkeiten in Einzel-, Partner- und Gruppenarbeit Unterrichtsbausteine der Sammlung, der Vertiefung und Ergebnissicherung (im Plenum) Alle Bausteine sind so angelegt, dass ein hohes Maß an selbst organisiertem Lernen möglich ist. Informationen suchen und dokumentieren Die Schülerinnen und Schüler sollen verschiedene Kräuter kennenlernen und erfahren, was man mit diesen Kräutern machen kann. Dazu können auch mitgebrachte Kräuter im Klassenzimmer untersucht werden. Die Informationen zu den jeweiligen Pflanzen sollen in Text und Bild festgehalten werden, damit Interessierte aus der Schule und vor allem diejenigen, die später für die Kräuterecke verantwortlich sein werden, nachlesen können, wie die Pflanzen gepflegt werden müssen und wofür sie verwendet werden können. Besuch in einer Gärtnerei Hier besteht die Aufgabe darin, zu Kräutern von denen lediglich der Name bekannt ist (Etikett auf dem Topf) alle Informationen zu recherchieren, die für den Steckbrief notwendig sind. Als Informationsquellen sind neben dem Internet natürlich auch Bücher, Zeitschriften und die Befragung von Personen (zum Beispiel Eltern, Verwandte, Gärtnereipersonal)möglich. Nach den ersten Recherchetätigkeiten soll eine kritische Betrachtung der verwendeten Medien und der ersten Arbeitsergebnissen stattfinden. Bewertung der Internetseiten (gut oder weniger gut geeignet, Begründung) Vergleich Buch - Internet- Befragung (Vor- und Nachteile in Bezug auf Verfügbarkeit, Umfang der Informationen, Richtigkeit) Erstellung einer Homepage Zur Dokumentation der Arbeitsergebnisse kann eine Homepage erstellt werden. Dazu müssen in einer Einführung die notwendigen Arbeitsschritte (Layout wählen, Texte und Grafiken einfügen) eingeübt werden. Je nach Wissenstand der Schülerinnen und Schüler kann dies in Einzel- oder Gruppenarbeit durchgeführt werden. Bewertung der erstellten Seiten Zum Schluss soll das Homepage-Projekt mit anderen, den Schülerinnen und Schülern bekannten Formen der Dokumentation und Präsentation verglichen werden (Buch, Wandzeitung, Schülervortrag). Welche Vor- und Nachteile hat das Erstellen einer solchen Homepage? Neben den Recherchearbeiten kann parallel die praktische Umsetzung, also das Anlegen einer Kräuterspirale oder eines Kräuterbeetes begonnen werden. Zu den Arbeiten, die zu Beginn des Projekts an Schülergruppen zu vergeben sind, gehören: die Vorbereitung der Beetanlage (hier Kräuterspirale): Erde verbessern, lockern, angießen) die Ausstellung der Kräuter im Klassenzimmer die Herstellung von Namensschildchen die Pflanzaktion einzelne Rezepte nacharbeiten (zum Beispiel Kräuterquark) Kräuter trocknen Duftsäckchen herstellen ein Kräuterherbarium anlegen eine Buchausstellung zum Thema organisieren Kräuterhexengeschichten schreiben und vortragen Tägliche "Zwischenstopps" Auf dem Weg zu einem gemeinsamen Ziel, das arbeitsteilig erreicht werden soll, bedarf es der täglichen "Zwischenstopps", in denen zum einen die Arbeitsergebnisse zusammen getragen und kritisch bewertet werden und zum anderen die Lerninhalte auf der Wissensebene in spielerischer Form vertieft und evaluiert werden. Hier sollte auch der Stand der Homepages thematisiert und Probleme besprochen werden. "Expertinnen und Experten" sollten zu Wort kommen, gegenseitige Hilfestellungen können organisiert werden. Dufträtsel (Welches Kraut riechst du? .... bei geschlossenen oder verbundenen Augen) Kräuter abräumen: Wer kennt die meisten Kräuter? Kräuterquiz: Erarbeitet Frage- und Antwortkärtchen zu verschiedenen Kräutern. (Zum Beispiel: Die Pflanze schmeckt nach Knoblauch. Im Namen trägt sie ein großes Raubtier) Kräuter-Montagsmaler Was schmeckst du?

Ein interaktives Lernmodul lädt ein zur Entdeckung von Zentren der Artenvielfalt und den Ursachen des Artensterbens. Der Nutzen der Artenvielfalt für den Menschen wird am Beispiel „Apotheke Regenwald“ und den damit verbundenen Nutzungskonflikte diskutiert. Das interaktive Lernmodul zur Artenvielfalt soll es Schülerinnen und Schülern ermöglichen, mithilfe einer innovativen Lernform Zugang zum Thema Biologische Vielfalt zu finden. Anhand von naturwissenschaftlichen Frage- und Problemstellungen zeigt das Modul auf, welchen Nutzen die Natur in ihrer Vielfalt für den Menschen hat und was er von der Natur lernen kann. Das Lernmodul weckt zudem Verständnis dafür, warum diese Vielfalt geschützt werden muss und wie sie geschützt werden kann. Selbstgesteuertes Lernen Die Aufbereitung des Lernstoffes in Form einer Lernsoftware bietet den Lernenden genau die Handlungsfreiheiten, die zur Gestaltung individueller selbstgesteuerter Lernprozesse benötigt werden. Durch die kursorientierte Aufbereitung des Lernstoffes erhalten die Lernenden die Möglichkeit, sich dem Thema kleinschrittig zu nähern. Gleichzeitig ermöglicht die Lernsoftware durch den offenen und freien Ansatz auch das selbstständige Erarbeiten der wichtigsten Themenkreise. Eine Erweiterung der Aufgabenstellungen ist dadurch jederzeit gegeben. Einstieg und individuelle Vertiefung Die Lernsoftware stellt einen motivierenden ersten Einstieg in die Thematik dar und kann an vielen Stellen beliebig vertieft und erweitert werden. Zusätzliche Lernmöglichkeiten zu dem Thema bieten die jeweiligen Verlinkungen und sind, je nach Zusammensetzung der Lerngruppe, auch durch weiterführende Arbeitsaufträge möglich. Die Lehrkraft kann hier selbst entscheiden, wie umfangreich der Lernstoff für die Schülerinnen und Schüler werden soll beziehungsweise kann den Schwierigkeitsgrad differenzieren. Unterrichtsverlauf "Artenvielfalt weltweit" Hier finden Sie Hinweise und Vorschläge, wie Sie das Lernmodul im Unterricht einsetzen können. Screenshots geben Ihnen einen Eindruck von dem Lernmodul. Biopiraterie Im Zusammenhang mit der Diskussion über den Wert der Artenvielfalt kann auch das Thema Biopiraterie behandelt werden. Fachkompetenz Die Schülerinnen und Schüler sollen sogenannte "Hotspots" der Artenvielfalt auf einer Weltkarte identifizieren können. geographische und natürliche Gemeinsamkeiten dieser Länder beschreiben können. die gesellschaftlichen Problemkreise und deren Verflechtung dieser Länder erkennen und verstehen: Hohe Bevölkerungszahl, Armut, Ausbeutung der Ressourcen (Umweltzerstörung). Probleme nicht-nachhaltiger Entwicklung verstehen. wesentliche Gründe für das heutige Artensterben kennenlernen. Informationen zur Thematik aus einem Text entnehmen und wesentliche Aussagen verstehen können. Kausalkategorien zu den unterschiedlichen Texten identifizieren und zuordnen können. Argumente für die Erhaltung der Artenvielfalt kennenlernen. differente Standpunkte für die Erhaltung der Artenvielfalt und deren Hintergründe verstehen. einzelne Gründe/Argumente bewerten und gewichten und in diesem Zusammenhang Kontroversen demokratisch austragen. Thema Artenvielfalt weltweit Autorin Sabine Preußer Fächer Biologie, Geographie, Politik, Ethik, Religion Zielgruppe 8. bis 10. Schuljahr Zeitraum variabel, je nach Vertiefungsgrad Technische Voraussetzungen Betriebssystem Windows ab Version 98, Internet-Explorer ab Version 6, Flash-Player, Installation der kostenlosen Software "artenvielfalt-weltweit" (siehe "Download"), Beamer für die Einführung Einführung in die Nutzung der Lernsoftware Die Schülerinnen und Schüler erhalten möglichst über einen Beamer eine Einführung in die Funktionen und Möglichkeiten der Lernsoftware. Alle Funktionen sind in dem Lernmodul unter "Hilfe" näher erläutert. Dort existiert auch ein "Schnelleinstieg". Die Lernenden sollten auf die Vielfalt der Möglichkeiten des Programms hingewiesen werden. Es bietet eine umfangreiche Palette an Tools, die sowohl die Bearbeitung der Arbeitsaufträge als auch die vertiefende Weiterarbeit unterstützen. Unterschiedlich intensive Bearbeitung des Themas Die Schülerinnen und Schüler erhalten den Arbeitsauftrag, sich mithilfe der Lernsoftware das Thema anzueignen. Die Lehrkraft kann vorgeben, wie tief die Lernenden in die Thematik einsteigen sollen. Die Palette reicht von dem einfachen "Abarbeiten" der einzelnen interaktiven Einheiten bis zu vertiefenden Arbeitsaufträgen, die eine intensivere Auseinandersetzung mit Einzelthemen erfordert. Durch das Anlegen individueller Notizen können eigene Arbeitsaufträge integriert werden. Es ist auch möglich, die Schülerinnen und Schüler in Gruppen aufzuteilen und diese jeweils einen Teilbereich der Einheit vertiefend bearbeiten zu lassen. Zentren der Artenvielfalt Die Schülerinnen und Schüler erarbeiten sich die Thematik weitgehend selbstständig, indem sie die zugehörigen Lerneinheiten interaktiv bearbeiten. Artensterben Zum Thema Artensterben soll untersucht werden, wann in der Erdgeschichte bereits die Zahl der Arten drastisch abgenommmen hat. Mithilfe verschiedener Informationsquellen sollen anschließend die Gründe für diese Artensterben genannt werden. Zur Speicherung der Arbeitsergebnisse steht ein sogenannter Rucksack zur Verfügung. Hier können alle bearbeitete Medien und Texte per Drag and Drop zusammengefasst werden. In einem Schlussgespräch werden die Ergebnisse vorgestellt, wenn nötig berichtigt, zusammengefasst, vertieft und gewürdigt. Wichtig ist in diesem Zusammenhang auch eine Dokumentation der Ergebnisse. Die Schülerinnen und Schüler können diese leicht erstellen, in dem sie ihre gesammelten Materialien aus dem Rucksack in ein Dokument zusammenfassen und, wenn gewünscht, ausdrucken. Das Lernmodul bietet zudem unter dem Menüpunkt "Funktionen" die Möglichkeit, die Arbeitsergebnisse zu speichern. Einzelne Bildschirmseiten können zudem ausgedruckt oder als Grafikdateien gespeichert werden. Die ausgedruckten Arbeitsergebnisse können so als Beiträge für eine Wandzeitung genutzt werden. Aufgabenstellung (Gruppenarbeit) Die Schülerinnen und Schüler werden über das Rollenspiel informiert, in dem jede Gruppe eine der Positionen von "Mit Geld nicht zu bezahlen IV" übernehmen soll. Sie beschäftigen sich mit den Argumenten für den Erhalt der Artenvielfalt mithilfe der Lernheit und eventuell weiterführenden Materialien. Sie entscheiden selbst, welche Rolle sie einnehmen möchten. Zu jeder Position wird eine Gruppe gebildet, so dass am Ende fünf Gruppen vorhanden sind. Bei der Umsetzung der Rollen ist die Vorstellungskraft der Lernenden gefragt. Weitere Informationen, die verschiedenen Positionen der Rollencharaktere besser zu verstehen, sind auch im Internet zu finden. Mithilfe einer Suchmaschine können die Schüler unter entsprechenden Begriffspaaren wie zum Beispiel "Holzeinschlag Amazonas", "Arzneimittel aus dem Regenwald", "Dorf+Regenwald" suchen. Dabei sollen sie verschiedene Suchbegriffe beziehungsweise Begriffskombinationen ausprobieren. Versucht euch möglichst gut in die ausgewählte Rolle hinein zu versetzen und sammelt Argumente für die Position eurer Rolle. Nutzt die Materialien aus dem Rucksack. Plant einen Kurzvortrag von drei Minuten, in dem ihr auch Argumente und Beispiele anbringt. Bereitet ein Poster vor, auf dem ihr Stichworte zu eurer Position notiert. Diese nutzt ihr bei eurem Vortrag. Abschließende Bewertung und Diskussion Ein Moderator für die Leitung der Gesprächsrunde wird ausgewählt. Die Schülerinnen und Schüler tragen ihre Positionen vor. Am Ende werden die Vorträge und die vorgetragenen Argumente von allen bewertet. Dazu wird das Arbeitsblatt genutzt. Sollte der Platz nicht ausreichen, wird das Blatt kopiert. Zum Schluss wird gemeinsam in der Klasse ermittelt, welche Argumente Zustimmung finden und welche nicht. Es wird eine kleine Übersicht dazu erstellt. Die Ergebnisse werden im Plenum diskutiert. Transnationale Unternehmen agieren weltweit Im Zeitalter der Globalisierung agieren transnationale Unternehmen weltweit und suchen in den Zentren der Biodiversität nach neuen Wirkstoffen. Politisch brisant ist dies vor dem Hintergrund des systematischen Ungleichgewichtes in der Verfügbarkeit von genetischen Ressourcen einerseits und Technologie andererseits. Insofern wurden die schon 1960 beginnenden Verhandlungen von massiven Konflikten zwischen Entwicklungsländern und Industrieländern geprägt. Vereinfacht gesagt möchten die Industrieländer (beziehungsweise deren privatwirtschaftlichen Akteure) Zugang zur biologischen Vielfalt haben, um die eigene Forschung und Produktion voranzubringen. Entwicklungsländer profitieren nicht von ihrem Artenreichtum Die Entwicklungsländer sind zwar Eigentümer der biologischen Ressourcen, können sie jedoch nicht adäquat nutzen, da ihnen hierfür die Technologie fehlt. In einer Studie der Weltbank wurde festgestellt, dass 1990 weltweit 43 Milliarden US-Dollar mit Arzneimitteln umgesetzt wurden, die von indigenen Völkern entdeckt worden waren, ohne dass diese einen nennenswerten Anteil an den Gewinnen erhielten. Und die UN-Entwicklungsorganisation UNDP stellte 1999 fest: "Die biologische Vielfalt ist für die Entwicklung von Medikamenten von größter Bedeutung. Schätzungen zufolge lagern in den Entwicklungsländern 90 Prozent der biologischen Ressourcen der Welt. (...) Gerade diese in langer Tradition erworbenen Kenntnisse des in der Natur vorkommenden Potenzials sind für die Pharmafirmen heute so wertvoll. (...) Ohne Genehmigung der lokalen Bevölkerung wurde dieses Wissen zur Entwicklung hochprofitabler Medikamente eingesetzt. In jeder anderen Situation würde dies als Industriespionage bezeichnet." Allianz gegen Biopiraterie Mitte Februar 2002 gründeten zwölf Entwicklungs- und Schwellenländer, unter ihnen China, Indien und Brasilien, eine Allianz gegen Biopiraterie. Sie wollen verhindern, dass die genetische Vielfalt weiterhin von transnationalen Konzernen ausgebeutet wird und diese daraus kommerzielle Exklusivrechte in Form von Patentschutz ableiten, ohne dass die lokale Bevölkerung daraus einen Nutzen zieht. In diesen zwölf Ländern konzentrieren sich circa 70 Prozent der weltweiten Artenvielfalt. Die Initiatoren erklärten, die Initiative diene auch dem Ziel, die Frage der Patentierung auf Tiere und Pflanzen im August 2002 auf dem UN-Kongress für nachhaltige Entwicklung zu diskutieren. An dieser Stelle ist die Frage berechtigt, was die Schülerinnen und Schüler mit ihrem neu erworbenen Wissen anfangen können. Kann man aus dem Gelernten Schlussfolgerungen für das eigene tägliche Handeln ziehen? Stichworte hierfür wären: Reisen/Tourismus, Freizeit, Konsum, Engagement, Aufklärung. Lassen Sie Ihre Schülerinnen und Schüler in einer Diskussion über ihre Erkenntnisse reflektieren. Sind alle bereit, ihre möglichen Schlussfolgerungen auch umzusetzen oder hindert sie etwas daran? Darüber hinaus können die Schülerinnen und Schüler aber auch eigenes Engagement zeigen, beispielsweise durch die Mitarbeit in den Jugendgruppen der Naturschutzorganisationen oder durch einen Einsatz am Tag der Artenvielfalt. Ebenso bietet sich es an im Vorfeld oder im nachhinein die UN-Naturschutzkonferenz zum Thema zu machen oder eine Aktion hiermit zu verbinden. Wertvolle Heilpflanzen, die dem Menschen nützen, gibt es nicht nur in den weit entfernten Regenwäldern der Tropen. Unseren Vorfahren blieb gar nichts anderes übrig, als sich bei der heimischen "Schatzkammer Natur" zu bedienen. Auch wenn in den Industriestaaten durch den Siegeszug der modernen Medizin heute vielfach das Breitenwissen über Heilpflanzen verloren gegangen ist, so greifen doch viele auch heute noch gerne auf die altbewährten Heilkräuter zurück. Lassen Sie Ihre Schülerinnen in alten Kräuterbüchern (Bibliotheken, Buchhandel) oder im Internet auf Spurensuche gehen. Auch in der eigenen Familie oder bei älteren Nachbarn können sich die Lernenden erkundigen, welche Heilpflanzen heute noch bekannt sind, für was sie angewendet werden, wie sie aussehen und wo sie wachsen.

Das Verschwinden oder die Veränderung von Lebensräumen bedroht die Biologische Vielfalt. Ein vor- und nachbereiteter Besuch eines Zoos oder eines naturkundlichen Museums soll den Kindern die Bedeutung dieser Lebensräume verdeutlichen.Eine Exkursion in einen Zoo oder ein Naturkundemuseum soll zeigen: Jedes Tier und jede Pflanze haben ihren speziellen Lebensraum. An diesen Lebensraum sind sie am besten angepasst, da fühlen sie sich wohl und finden genügend Nahrung. Aber viele Lebensräume sind bedroht, und damit die darin lebenden Arten. Diese Unterrichtseinheit behandelt die Bedeutung der Lebensräume, deren Bedrohungen und die Möglichkeiten, trotzdem möglichst viel Biologische Vielfalt zu erhalten.Im Vordergrund dieser Unterrichtseinheit für die 3. bis 4. Klasse steht eine Exkursion in einen Zoo oder ein naturkundliches Museum. Anhand eines Kartenspiels kann das Thema Biologische Vielfalt verfestigt werden. Für die Vorbereitung im Unterricht sollten etwa 3 bis 4 Unterrichtsstunden zur Verfügung stehen sowie ein Computer mit Internet-Zugang und wenn möglich Farbdrucker, Digitalkamera oder konventioneller Fotoapparat. Spiel der Vielfalt Dieses Spiel dient der Festigung der Lerninhalte. Dabei wird beim Erstellen der Karten das vorher Gelernte wiederholt. Zum Basteln stehen Vordrucke zur Verfügung. Die Schülerinnen und Schüler lernen, verantwortungsbewusst mit Natur und Umwelt umzugehen. nehmen ihre Umgebung bewusster wahr. lernen, Tiere genau zu beobachten, die Bedrohungen ihrer Lebensräume und die Schreibweise verschiedener Tiernamen kennen. beschreiben Lebensräume ausgewählter Tierarten und ordnen sie auf einer Weltkarte zu sowie wohnortnahe Lebensräume und erfahren, wie man diese schützen kann. Das "Spiel der Vielfalt" ist kein fertiges Spiel, sondern eher ein Bastelbogen. Auch die Spielregeln sind keine Vorgabe, sondern ein Vorschlag. Sinn der Arbeit mit dem Spiel ist es, das zu wiederholen und zu festigen, was die Schülerinnen und Schüler über die drei Säulen der Biologischen Vielfalt gelernt haben. Planung Auf Grundlage der vorhergegangenen Unterrichtsergebnisse bereitet die Lehrkraft die Arbeit mit dem Spiel vor. Sie plant, welche Themen auf den Farbkarten behandelt werden sollen, also welche Bedrohungen für die biologische Vielfalt, welche Gründe, warum biologische Vielfalt so wichtig ist, und welche Möglichkeiten zum Schutz der Vielfalt bestehen. Einführung Die Lehrkraft gibt eine kurze Einführung zum Bastelprojekt. Sie druckt gemeinsam mit den Schülerinnen und Schülern die Bögen mit den Spielkarten-Vorlagen aus oder stellt die Bögen der Klasse vor, wenn sie bereits ausgedruckt sind. Gruppenbildung Die Klasse wird in eine geeignete Zahl von Gruppen aufgeteilt, die zunächst die Vorarbeiten machen (farbige Rahmen für die Farbkarten, den Joker entwerfen und aufmalen). Festlegung der Themen Auf Basis der Vorbereitungen der Lehrkraft wird in der Klasse besprochen, welche Themen auf den Karten behandelt werden sollen. Es wird festgelegt, welcher Text auf die Karten kommt und wie sie illustriert werden sollen. Dann formulieren die Kinder geeignete Fragen für die Fragekarten (insgesamt neun Fragen, die auf die neun grünen Karten Bezug nehmen). Produktion In Gruppen erledigen die Schülerinnen und Schüler die vorher definierten Aufgaben. Die fertigen Bögen werden mit Transparentfolie beklebt. Zum Schluss werden die Karten ausgeschnitten. Insgesamt müssen 54 Karten gebastelt werden. Das Spiel kann zum Abschluss des Unterrichtsprojekts in der Klasse gespielt werden. Da es für drei Mitspielerinnen und Mitspieler gedacht ist, müssen Gruppen gebildet werden. Jede Gruppe muss eine Vertretungsperson wählen, die die Gruppe im Spiel vertritt. Beim Beantworten der Fragekarten können alle Mitglieder der Gruppe helfen.

In dieser Unterrichtseinheit zum Thema Wahrscheinlichkeitsverteilungen lernen die Schülerinnen und Schüler über interaktive GeoGebra-Arbeitsblätter die Entwicklung der Normalverteilung als Näherung der Binomialverteilung kennen.Die Untersuchung von Binomialverteilungen B (n; p) bei wachsendem n führt über den integralen und lokalen Grenzwertsatz zur Approximation der Binomialverteilung durch die Normalverteilung. Mit ihr eröffnet sich den Lernenden ein weites Feld von Anwendungen in Naturwissenschaft und Technik, in der Wirtschaft und den Sozialwissenschaften. Der hier vorgestellte Online-Kurs bietet eine variabel einsetzbare Methode, die Entwicklung der Normalverteilung als Näherung der Binomialverteilung zu lehren oder zu lernen. In nahezu jedem Lehrbuch werden zur Darlegung der Beweisidee der lokalen und integralen Näherungsformel von de Moivre-Laplace zahlreiche Histogramme und Dichtekurven präsentiert. Der Einsatz der mit der kostenfreien dynamischen Geometriesoftware GeoGebra entwickelten Applets schafft hier Visualisierungsmöglichkeiten, die auf dem Papier und an der Tafel nicht realisierbar sind und das Verständnis erleichtern.Erfahrungsgemäß entdecken die Schülerinnen und Schüler sehr schnell alleine die Bedienungsmöglichkeiten der Applets und erkennen, welche unabhängigen Objekte bewegt werden können, so dass auf ausführliche Bedienungshinweise verzichtet werden kann. Zu Beginn der Stunde hat sich bei computergestützten Unterrichtseinheiten eine "Austobphase" bewährt, in der die Lernenden etwa fünf Minuten lang einfach alle Knöpfe und Regler eines Programms ausprobieren dürfen, bevor sie dann (nach einem "Reset") zielgerecht die einzelnen Arbeitsanweisungen befolgen. Voraussetzungen Stochastische Vorkenntnisse Erforderliche mathematische Voraussetzung für den Kurs ist die Behandlung der Bernoulli-Kette und binomialverteilter Zufallsgrößen mit den grundlegenden Begriffen Erwartungswert, Varianz und Standardabweichung. Auch die grafische Darstellung der Wahrscheinlichkeitsverteilung und Verteilungsfunktion mit Histogramm und Dichtefunktion sowie die Standardisierung von Zufallsgrößen sollten bekannt sein. Diese Vorkenntnisse werden im Online-Kurs noch einmal kurz als Vorbereitung für die folgenden Ausführungen wiederholt. Integralrechnung Neben diesen stochastischen Vorkenntnissen sind zur Behandlung der Gaußschen Integralfunktion und ihrer Eigenschaften auch Erfahrungen aus der Analysis, insbesondere der Integralrechnung, hilfreich. Einsatz im Unterricht Für den Online-Kurs bieten sich verschiedene Einsatzmöglichkeiten an: begleitende dynamische Visualisierung der mathematischen Sachverhalte während der Behandlung im Unterricht selbstständige Vertiefung und Festigung des bereits im Unterricht behandelten Stoffs, eventuell in Übungsstunden oder als Hausaufgabe Wiederholung und Zusammenfassung zurückliegender Lerninhalte (zum Beispiel vor Prüfungen) Partnerarbeit oder Präsentation Im Idealfall arbeiten die Schülerinnen und Schüler selbstständig in Einzel oder Partnerarbeit an einem Computer. Die Applets können natürlich auch mit einem Beamer oder im Computerraum durch Spiegelung des Lehrer-Bildschirms in einem fragend-entwickelnden Unterricht oder einem Lehrervortrag präsentiert werden. Materialien zur Binomial- und Normalverteilung Interaktive GeoGebra-Applets Dynamische Arbeitblätter eröffnen neue Wege des Lehrens und Lernens. Die Schülerinnen und Schüler können mithilfe der Maus ("Anfassen" von Punkten oder per Schieberegler) oder der Tastatur am Computer die Parameter der verschiedenen Wahrscheinlichkeitsverteilungen kontinuierlich verändern und so deren dynamische Entwicklung und Annäherung verfolgen. Dies ermöglicht einen aktiv-entdeckenden Zugang zu den mathematischen Sachverhalten. Kurze Kontrollaufgaben mit einblendbaren Lösungen dienen der eigenständigen Lernzielkontrolle. Textgestaltung, "Mouse-Over-Effekte" und Popups Der Text der Webseiten wurde bewusst prägnant gehalten, um einen selbstständigen Hefteintrag zu erleichtern. Alle wichtigen Begriffe sind (wie im Tafel-Unterricht) rot hervorgehoben. Zeigt man mit der Maus auf sie, werden eine kurze Definition oder Zusatzinformationen eingeblendet (Mouse-Over-Effekt). Zur Gewährleistung eines möglichst linearen Lernablaufs wurden Hyperlinks nur sehr sparsam eingesetzt. Aufgaben und Antworten Die Kontrollaufgaben sind kurz und einfach zu bearbeiten, um die Schülerinnen und Schüler durch ein schnelles und erfolgreiches Fortkommen zu motivieren. In nachfolgenden oder begleitenden Übungen sollte der Schwierigkeitsgrad mit reorganisatorischen und Transferaufgaben erhöht werden. Die Antworten auf die Kontrollfragen können durch Anklicken der abschließenden Frage- oder Ausrufezeichen angezeigt werden, was sich bei den Schülerinnen und Schülern schnell herumspricht. Hier muss an die Arbeitsdisziplin der Lernenden nach dem Motto "erst denken, dann klicken" appelliert werden.Die Schülerinnen und Schüler wiederholen die Binomialverteilung. verstehen die Entstehung der standardisierten Dichtefunktion. können die integrale Näherungsformel von de Moivre-Laplace herleiten und anwenden. verstehen mit den Kenntnissen der Integralrechnung die Entstehung der Gaußschen Integralfunktion. verstehen die Herleitung der lokalen Näherungsformel und ihre Abgrenzung zur integralen Näherungsformel. können die lokale Näherungsformel anwenden. können die Entwicklung der Normalverteilung als Näherung der Binomialverteilung nachvollziehen und die Normalverteilung anwenden. erkennen die Bedeutung des Zentralen Grenzwertsatzes. Stochastische Vorkenntnisse Erforderliche mathematische Voraussetzung für den Kurs ist die Behandlung der Bernoulli-Kette und binomialverteilter Zufallsgrößen mit den grundlegenden Begriffen Erwartungswert, Varianz und Standardabweichung. Auch die grafische Darstellung der Wahrscheinlichkeitsverteilung und Verteilungsfunktion mit Histogramm und Dichtefunktion sowie die Standardisierung von Zufallsgrößen sollten bekannt sein. Diese Vorkenntnisse werden im Online-Kurs noch einmal kurz als Vorbereitung für die folgenden Ausführungen wiederholt. Integralrechnung Neben diesen stochastischen Vorkenntnissen sind zur Behandlung der Gaußschen Integralfunktion und ihrer Eigenschaften auch Erfahrungen aus der Analysis, insbesondere der Integralrechnung, hilfreich. Für den Online-Kurs bieten sich verschiedene Einsatzmöglichkeiten an: begleitende dynamische Visualisierung der mathematischen Sachverhalte während der Behandlung im Unterricht selbstständige Vertiefung und Festigung des bereits im Unterricht behandelten Stoffs, eventuell in Übungsstunden oder als Hausaufgabe Wiederholung und Zusammenfassung zurückliegender Lerninhalte (zum Beispiel vor Prüfungen) Partnerarbeit oder Präsentation Im Idealfall arbeiten die Schülerinnen und Schüler selbstständig in Einzel oder Partnerarbeit an einem Computer. Die Applets können natürlich auch mit einem Beamer oder im Computerraum durch Spiegelung des Lehrer-Bildschirms in einem fragend-entwickelnden Unterricht oder einem Lehrervortrag präsentiert werden. Interaktive GeoGebra-Applets Dynamische Arbeitblätter eröffnen neue Wege des Lehrens und Lernens. Die Schülerinnen und Schüler können mithilfe der Maus ("Anfassen" von Punkten oder per Schieberegler) oder der Tastatur am Computer die Parameter der verschiedenen Wahrscheinlichkeitsverteilungen kontinuierlich verändern und so deren dynamische Entwicklung und Annäherung verfolgen (Abb. 1, Platzhalter bitte anklicken). Dies ermöglicht einen aktiv-entdeckenden Zugang zu den mathematischen Sachverhalten. Kurze Kontrollaufgaben mit einblendbaren Lösungen dienen der eigenständigen Lernzielkontrolle. Textgestaltung, "Mouse-Over-Effekte" und Popups Der Text der Webseiten wurde bewusst prägnant gehalten, um einen selbstständigen Hefteintrag zu erleichtern. Alle wichtigen Begriffe sind (wie im Tafel-Unterricht) rot hervorgehoben. Zeigt man mit der Maus auf sie, werden eine kurze Definition oder Zusatzinformationen eingeblendet (Mouse-Over-Effekt). Zur Gewährleistung eines möglichst linearen Lernablaufs wurden Hyperlinks nur sehr sparsam eingesetzt. Aufgaben und Antworten Die Kontrollaufgaben sind kurz und einfach zu bearbeiten, um die Schülerinnen und Schüler durch ein schnelles und erfolgreiches Fortkommen zu motivieren. In nachfolgenden oder begleitenden Übungen sollte der Schwierigkeitsgrad mit reorganisatorischen und Transferaufgaben erhöht werden. Die Antworten auf die Kontrollfragen können durch Anklicken der abschließenden Frage- oder Ausrufezeichen angezeigt werden, was sich bei den Schülerinnen und Schülern schnell herumspricht. Hier muss an die Arbeitsdisziplin der Lernenden nach dem Motto "erst denken, dann klicken" appelliert werden.