Astronomie: Willkommen im Fachportal

In dieser Unterrichtseinheit zum Thema Kraft erleben und experimentieren Schülerinnen und Schüler mit ihren Stühlen: Sie bewegen sich und die Stühle, lassen sie "tanzen" und erschließen sich darüber, wie sich Kraft im physikalischen Sinn konzeptualisieren und systematisch abbilden lässt.In dieser Unterrichtseinheit für den Physik-Unterricht sollen die Wechselwirkungen von Kräften erfahrbar gemacht werden. Die Einheit dient der Einführung in das physikalische Konzept von Kräften mittels körperlicher Erfahrung. Zur Beschreibung der Kräfte werden Vektoren eingeführt, um somit Angriffspunkt, Richtung und Stärke von Kräften zu veranschaulichen. Die Unterrichtseinheit ist im Rahmen von Generation K entstanden, einem Programm zur kulturellen Schulentwicklung in Rheinland-Pfalz. Dort setzen Kunstschaffende gemeinsam mit Lehrkräften Unterricht um. Dafür wurden sie nach dem Prinzip von Learning Through The Arts (LTTA) fortgebildet. Sie können diese Einheit auch als einzelne Lehrkraft umsetzen; hilfreich ist eine Affinität zu Ausdruckstechniken und kreativen Spielweisen des zeitgenössischen Tanzes. Das Thema Kraft im Unterricht: Vorkenntnisse Die Schülerinnen und Schüler haben idealerweise bereits Erfahrungen mit Vektoren aus dem Themenbereich "Geschwindigkeit von Körpern". Außerdem kennen sie die verschiedenen Wirkungen von Kräften. Didaktische Analyse Die Schülerinnen und Schüler erfahren gezielt einzelne Kräfte, erleben ihr Zusammenspiel und die Komplexität. Auf diesem Phänomen aufbauend wird eine analytische Notwendigkeit physikalischer Konzepte zum Thema Kraft begreifbar. Die künstlerische Ebene soll die Schülerinnen und Schüler darin unterstützen, sich niederschwellig an die abstrakte Welt der physikalischen Konzepte anzunähern. Sie schafft einen sinnlichen Anreiz, um sich abstrakt damit auseinanderzusetzen. Das Thema selbst erscheint während der ersten Hälfte der Einheit stellenweise fast als ein Randphänomen, um die Schülerinnen und Schüler im körperlichen, experimentellen Modus gewähren zu lassen. Methodische Analyse Der Einsatz künstlerischer Methoden dient dazu, Unterrichtsinhalte erlebbar und gestaltbar zu machen. Künstlerische Verfahrensweisen und Gestaltungsaufgaben erzeugen Räume oder sind von vorne herein als Erkenntniswege vorbereitet, um eher erlebnisferne Konzepte der persönlichen Lebenswelt der Schülerinnen und Schüler nahe zu bringen. Die direkte Übersetzung eines Themas ist dabei eher zweitrangig. Der Künstler beziehungsweise die Künstlerin sowie die Lehrkraft arbeiten von zwei Seiten auf ein bestimmtes Lernziel hin. Die Erfahrungen zeigen, dass sich die eigenständige Gestaltung und Beobachtung der zugrundeliegenden Parameter (wie hier Stärke und Richtung der Kraft) durch die Schülerinnen und Schüler positiv darauf auswirkt, das Interesse der Lernenden zu wecken. Fachkompetenz Die Schülerinnen und Schüler erfahren die Wechselwirkung von Kräften und können diese mithilfe von Vektoren beschreiben. erproben künstlerische Gestaltung und Prinzipien kreativer Verdichtung sowie einzelne Verfahren zur künstlerischen Verdichtung. können persönliche Vorlieben und Ausdrucksstärken gezielt zum Einsatz bringen. Sozialkompetenz Die Schülerinnen und Schüler besprechen und gestalten gemeinsame Ideen. überprüfen die persönliche Haltung und bringen sie in den kreativen Diskurs ein. trainieren, Ergebnisse zu präsentieren, Feedback zu bekommen und zu geben.

Diese Unterrichtseinheit beschäftigt sich mit der Strahlentherapie in der Krebsmedizin - einem immer wichtiger werdenden Bereich der modernen Tumortherapie neben der Operation und der Chemotherapie. Der Vergleich von verschiedenen Behandlungsmethoden wird den Lernenden dabei helfen, die Möglichkeiten und Gefahren der Strahlentherapie besser einschätzen zu können.Die extremen Fortschritte in der Strahlentherapie sind den Erkenntnissen der modernen Physik geschuldet. So können heute neben den klassischen Bestrahlungsmethoden wie Gamma- und Röntgenstrahlen in vielen Fällen neue Methoden wie Protonen- und Schwerionentherapie angewendet werden. Die Gefährlichkeit von Strahlung, ausgehend von einem Zuviel an Sonnenstrahlen bis hin zu radioaktiven Strahlen, ist unbestritten und muss den Schülerinnen und Schülern in aller Deutlichkeit vor Augen geführt werden. Dennoch sollte zu Beginn dieser Unterrichtseinheit das Für und Wider von Strahlung ausführlich diskutiert werden, da neben ihrer Gefährlichkeit die heilende Wirkung als manchmal einzige Möglichkeit zur Gesundung nach einer schweren Erkrankung in der Öffentlichkeit wenig bekannt ist. Die Unterrichtseinheit ist für den Unterricht im Fach Physik konzipiert (mit Anknüpfungspunkten an das Fach Biologie). Sie richtet sich an Schülerinnen und Schüler in der Sekundarstudarstufe II. Strahlentherapie in der Krebsmedizin Neben der Operation und der Chemotherapie wird die Strahlentherapie in der Behandlung von entarteten Tumoren immer wichtiger, insbesondere bei schwer zugänglichen und deshalb oft nicht mehr operierbaren Tumoren. Gerade in diesen Fällen können die modernen Methoden der Protonen- und Schwerionentherapie Therapieerfolge bringen, die mit anderen Methoden nicht möglich sind. Über die Physik der Beschleunigung von Protonen und Ionen in entsprechenden Beschleunigeranlagen in dafür spezialisierten Instituten sollten die Lehrkräfte gut Bescheid wissen, um auf Fragen sachkompetent eingehen und antworten zu können. Vorkenntnisse der Schülerinnen und Schüler Grobe Vorkenntnisse der Lernenden können dahingehend vorausgesetzt werden, dass die permanente Diskussion über die Gefährlichkeit von Hautkrebs durch intensive Sonnenbestrahlung ihnen bekannt sein sollte. Konkrete Kenntnisse sind jedoch nicht zu erwarten, weil neben dem physikalischen Wissen über die verschiedenen Formen von Strahlung auch chemische und biologische Kenntnisse nötig sind, um die Vorgänge in den organischen Zellen beschreiben zu können. Didaktische Analyse Bei der Besprechung der verschiedenen Formen einer Strahlentherapie muss intensiv auf "Fluch und Segen" von Bestrahlung eingegangen werden. Jede Art von Strahlung, die unkontrolliert den Menschen trifft, ist grundsätzlich gefährlich und in den meisten Fällen gesundheitsschädlich. Gleichzeitig führen aber die immer stärker verfeinerten Methoden der modernen Strahlentherapie zu großen Fortschritten in der Behandlung von erkrankten Menschen. Methodische Analyse Das Thema Strahlenmedizin im Kontext mit den vielen Möglichkeiten von Strahlung, denen der Mensch in Form von natürlicher und künstlicher Strahlung ausgesetzt ist, sollte die Lernenden sehr interessieren und auch sensibilisieren. Beispiele, Berechnungen und Vergleiche in Form von Übungsaufgaben können zeigen, wie intensiv in Abhängigkeit von der entsprechenden Erkrankung einzelne Organe und Tumore bestrahlt werden müssen beziehungsweise können - und dass Erkrankte in vielen Fällen trotzdem wieder gesund werden können. Fachkompetenz Die Schülerinnen und Schüler können die gesundheitlichen Gefahren und den Nutzen der unterschiedlichen Strahlentherapieverfahren einschätzen. kennen die unterschiedlichen Wirkmechanismen ionisierender Strahlung auf gesundes und entartetes menschliches Gewebe. wissen um die Fortschritte in der modernen Protonen- und Ionentherapie mit bestmöglicher Schonung des gesunden Gewebes Medienkompetenz Die Schülerinnen und Schüler recherchieren selbständig Fakten, Hintergründe und Kommentare im Internet. können die Inhalte von Videos, Clips und Animationen auf ihre sachliche Richtigkeit hin überprüfen und einordnen. Sozialkompetenz Die Schülerinnen und Schüler lernen durch Partner- und Gruppenarbeit das Zusammenarbeiten als Team. setzen sich mit den Ergebnissen der Mitschülerinnen und Mitschüler auseinandersetzen und lernen so, deren Ergebnisse mit den eigenen Ergebnissen konstruktiv zu vergleichen. erwerben genügend fachliches Wissen, um mit anderen Lernenden, Eltern, Freunden et cetera reflektiert und wertfrei diskutieren zu können.

In dieser Unterrichtseinheit zum Thema "Nuklearmedizinische Diagnostik" werden die heutigen Möglichkeiten und Verfahren wie etwa die Szintigraphie und die Positronen-Emissions-Tomographie (PET) besprochen. Die Fortschritte im Umgang mit radioaktiven Strahlen sind enorm, nicht zuletzt in Hinblick auf die Patienten, die mit immer präziser und gleichzeitig den Organismus weitgehend schonenden Methoden untersucht werden können.Am speziellen Beispiel der Schilddrüse wird der Ablauf einer Szintigraphie des Organs bildhaft oder per Video vorgestellt. Dabei wird auf die heute herstellbaren radioaktiven Stoffe eingegangen, die es ermöglichen, die Strahlungsdosen so gering wie möglich zu halten. Mit hochkomplexen Aufnahmegeräten wie einer Gammakamera oder dem Scan-Verfahren bei der PET-Untersuchung werden die Schülerinnen und Schüler mit den physikalischen Gesetzmäßigkeiten und technischen Abläufen der unterschiedlichen Verfahren vertraut gemacht. Von besonderer Bedeutung ist dabei die Erkenntnis, dass krankes Gewebe einen vermehrten Stoffwechsel aufweist - erst dadurch werden Untersuchungen mit radioaktiven Substanzen möglich, die sich genau in diesem Gewebe verstärkt anreichern und deren Strahlung dann ein Abbild des kranken Gewebes ermöglicht. Erst dadurch wird durch die konkrete Diagnostik des Arztes das Ausmaß der Erkrankung feststellbar. Nuklearmedizinische Diagnostik Mit der Besprechung der Behandlungsmöglichkeiten sollen die Lernenden für eine Thematik sensibilisiert werden, mit der man sich in der Regel erst auseinandersetzt, wenn man in irgendeiner Form damit gesundheitlich konfrontiert wird. Gesundheit wird jedoch in unserer Gesellschaft zu einem immer wichtigeren Thema - deshalb ist es sicher nützlich, sich auch mit dem Thema Krankheit auseinanderzusetzen und zu lernen, welche vielfältigen Möglichkeiten es heute gibt, darauf zu reagieren. Für den Unterricht sollten Lehrkräfte deshalb gut präpariert sein, um auf kritische Fragen sachkompetent eingehen und antworten zu können. Vorkenntnisse Grobe Vorkenntnisse von Lernenden können nur sehr eingeschränkt erwartet werden, weil man sich mit dem Thema als junger Mensch eher nicht auseinandersetzt, wenn man nicht muss. Konkretes Wissen um die Vorgänge bei der Bekämpfung schwerer Erkrankungen wie Krebs unter Zuhilfenahme radioaktiver Hilfsmittel kann jedoch die Voreingenommenheit gegenüber dem eher negativ besetzten Thema "Radioaktivität" verringern. Didaktische Analyse Bei der Behandlung dieses sensiblen Themas muss man darauf achten, dass bei aller Gefährlichkeit der radioaktiven Strahlung diese in verschiedenen Bereichen der Medizin zu großen Fortschritten in der Diagnose und Behandlung von erkrankten Menschen geführt hat. Neben seiner Gefährlichkeit haben die Möglichkeiten, die radioaktive Strahlung in der Medizin bietet, auch etwas sehr Positives! Nuklearmedizinische Diagnostik sollte die Lernenden schon allein deshalb interessieren, weil der gesundheitliche Aspekt im Vordergrund steht. Die intensive Auseinandersetzung mit dem Thema setzt aber viel spezielles Wissen voraus, um die Gefahren gegeneinander abwägen zu können. Fachkompetenz Die Schülerinnen und Schüler wissen trotz der gesundheitlichen Gefahren von radioaktiver Strahlung auch um deren großen Nutzen in der Nuklearmedizin. kennen die Wege der Aufnahme radioaktiver Substanzen für Untersuchungen im Körper. können die Wirkungsweise von Gammastrahlung bei Szintigraphie und/oder PET-Untersuchung beschreiben. Medienkompetenz Die Schülerinnen und Schüler recherchieren selbständig Fakten, Hintergründe und Kommentare im Internet. können die Inhalte von Videos, Clips und Animationen auf ihre sachliche Richtigkeit hin überprüfen und einordnen. Sozialkompetenz Die Schülerinnen und Schüler lernen durch Partner- und Gruppenarbeit das Zusammenarbeiten als Team. setzen sich mit den Ergebnissen der Mitschülerinnen und Mitschüler auseinander und lernen so, deren Ergebnisse mit den eigenen Ergebnissen konstruktiv zu vergleichen. erwerben genügend fachliches Wissen, um mit anderen Lernenden, Eltern und Freunden wertfrei diskutieren zu können.

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

In dieser Unterrichtseinheit zum Thema Radioaktivität werden die C-14-Methode und Uran-Blei-Methode zur Bestimmung des Alters verschiedener Stoffe mithilfe der Radioaktivität gezeigt. Dabei werden die dazugehörigen Gleichungen Schritt für Schritt erarbeitet. Beispiel- und Übungsaufgaben festigen das Gelernte.In dieser Unterrichtseinheit zum Thema Radioaktivität werden an zwei Methoden die unterschiedlichen Möglichkeiten gezeigt, das Alter verschiedener Stoffe mithilfe der Radioaktivität zu bestimmen. Dabei werden organische Materialien wie etwa Holzreste anhand der C-14-Methode datiert, die für einen zurückliegenden Zeitraum von 300 bis maximal 30000 Jahre geeignet ist. Wesentlich längere Zeiträume lassen sich bei Gesteinen, die Uran enthalten, bestimmen. So zerfällt zum Beispiel Uran-238 mit einer Halbwertszeit von 4,5 Milliarden Jahren zu Blei Pb-206. So kann aus dem Verhältnis der jeweiligen Anteile der beiden Stoffe auf das Entstehungsdatum des Gesteins geschlossen werden. Ausgehend von dem genau bestimmten Anteil von radioaktivem Kohlenstoff C-14 am gesamten Kohlenstoff der Atmosphäre kann mittels des radioaktiven Zerfallsgesetzes das Alter einer abgestorbenen organischen Substanz wie etwa Holz berechnet werden. Durch die bekannten Uran-Zerfallsreihen hin zum Endprodukt Blei können Gesteinsproben hinsichtlich ihres Entstehungsalters datiert werden. Beide Methoden werden im Unterricht besprochen - die zugehörigen, teilweise schwierigen Gleichungen werden Schritt für Schritt hergeleitet. Radioaktive Altersbestimmung Neben den im Unterricht vorgestellten Methoden zur Altersbestimmung sollen die Schülerinnen und Schüler durchaus angeregt werden, nach weiteren Methoden wie etwa der Kalium-Argon-Methode im Internet zu suchen und sich zu informieren. Das Wissen um die Möglichkeiten, Stoffe hinsichtlich ihres Alters zu datieren, ist für Schülerinnen und Schüler von großer Bedeutung. Sie erkennen, mit welchen Methoden Wissenschaftler Fakten aus teilweise Jahrmillionen zurückliegenden Zeiten nachweisen können. Vorkenntnisse Physikalische Vorkenntnisse von Lernenden können bei der radioaktiven Altersbestimmung kaum vorausgesetzt werden; allerdings ist das Wissen um die gewonnenen Erkenntnisse hinsichtlich des Alters von bestimmten Materialien wichtig für die Einordnung des Themas Radioaktivität. Didaktische Analyse Die wertfreie Behandlung des brisanten Themas "Radioaktivität" im Unterricht kann durchaus dazu führen, dass sich Schülerinnen und Schüler verstärkt dem Thema zuwenden und das Für und Wider der Radioaktivität im Positiven (zum Beispiel als Hilfsmittel für die Altersdatierung von Stoffen) wie im Negativen (zum Beispiel großes Gefahrenpotential durch Atomwaffen) genau verstehen wollen. Methodische Analyse Das Thema Radioaktivität dürfte bei Lernenden auf hohes Interesse stoßen; durch ein großes Angebot an Medien mit entsprechendem Material sowie der einfache Zugang zu aktuellen und ausführlich beschriebenen Fakten über das Internet sollte es nicht schwierig sein, Methoden zu finden, um den Lernenden das Thema nahezubringen. Fachkompetenz Die Schülerinnen und Schüler können die Methoden zur radioaktiven Altersbestimmung beschreiben und näher erläutern. kennen die Unterschiede und Anwendungsbereiche von C-14-Methode und Uran-Blei-Methode. wenden die Gesetzmäßigkeiten bei beiden Methoden an. Medienkompetenz Die Schülerinnen und Schüler recherchieren selbstständig Fakten und Hintergründe im Internet überprüfen die Sachinhalte von Videos, Clips und Applets auf ihre Richtigkeit. Sozialkompetenz Die Schülerinnen und Schüler lernen durch Partner- und Gruppenarbeit das Zusammenarbeiten als Team. müssen sich mit den Ergebnissen anderer Gruppen auseinandersetzen und lernen so, deren Ergebnisse mit den eigenen Ergebnissen konstruktiv zu vergleichen. erwerben eine gewissen Fachkompetenz, um mit anderen Lernenden, Eltern und Freunden diskutieren zu können.

In dieser Unterrichtseinheit zum Thema "Radioaktiver Fallout und die Folgen" werden anhand der Katastrophe von Tschernobyl die Abläufe und Folgen eines schwerwiegenden Nuklearunfalles dargestellt. Dabei muss in aller Deutlichkeit sowohl auf die unmittelbaren Gefahren einer solchen Katastrophe hingewiesen werden als auch auf die langanhaltenden Folgen - und dies, obwohl der Fallout von kerntechnischen Anlagen, Reaktorunfällen und Atombombentests mit jeweiligen Dosiswerten von weniger als 0,01 mSv statistisch gesehen "nur" gering zur gesamten künstlichen radioaktiven Belastung der Bevölkerung beiträgt.Ausgehend von Grundkenntnissen aus der Medienlandschaft werden die Schülerinnen und Schüler mit einem Video und einer ausgiebigen Diskussion in die Problematik des Themas eingeführt. Die Tschernobyl-Katastrophe und einmal mehr auch der Unfall von Fukushima haben eindringlich gezeigt, dass kerntechnische Anlagen ein permanentes Gefahrenpotential beinhalten. Die auf schwere Unfälle zwangsläufig folgenden radioaktiven Niederschläge sind durch die dabei entstehenden langlebigen Zerfallsprodukte sehr gefährlich und können massive gesundheitliche Schäden zur Folge haben. Diese schädigende Wirkung sogenannter ionisierender Strahlung wird im Unterricht anhand von Folien Schritt für Schritt erarbeitet und eingehend bewertet. Übungsaufgaben erweitern das Verständnis für eine Gefahr, die man weder sieht noch spürt. Das Thema Reaktorunfälle im Unterricht Radioaktivität und ihre Auswirkungen auf Natur und menschliche Gesundheit sind seit langem, insbesondere aber verstärkt nach den Unfällen von Tschernobyl und Fukushima in aller Munde. Dies bedeutet, dass man auch im Unterricht diesem Thema ausreichend Raum geben sollte. Die unter Umständen gefährlichen Auswirkungen des radioaktiven Fallouts werden Schülerinnen und Schüler stark motivieren, sich damit näher zu beschäftigen. Für den Unterricht sollten Lehrkräfte deshalb gut präpariert sein, um auf kritische Fragen sachkompetent eingehen und antworten zu können. Vorkenntnisse Grobe Vorkenntnisse von Lernenden können in gewisser Weise vorausgesetzt werden, da die Thematik in den verschiedensten Medien immer wieder aufbereitet wird. Konkrete Kenntnisse sind jedoch nicht zu erwarten, weil dazu neben dem physikalischen Wissen um radioaktive Strahlung auch chemische und biologische Kenntnisse nötig sind, um die Vorgänge in den organischen Zellen beschreiben zu können. Didaktische Analyse Radioaktive Strahlung als Folge von radioaktivem Fallout nach Unfällen und/oder auch Kernwaffentests dürfte die Lernenden sehr interessieren, weil der gesundheitliche Aspekt im Vordergrund steht. Die intensive Auseinandersetzung mit dem Thema setzt aber viel konkretes Wissen voraus, um die Gefahren im Umgang mit Belastungen - wie etwa über die Nahrungskette - richtig einschätzen zu können. Bei der Behandlung dieses sensiblen Themas muss man darauf achten, dass bei aller Gefährlichkeit der radioaktiven Strahlung diese in verschiedenen Bereichen der Medizin zu großen Fortschritten in der Diagnose und Behandlung von erkrankten Menschen geführt hat. Fachkompetenz Die Schülerinnen und Schüler wissen um die gesundheitlichen Gefahren von radioaktivem Niederschlag. kennen die verschiedenen Wege der Aufnahme radioaktiver Strahlung in den Körper. können die Wirkungsweise ionisierender Strahlung auf menschliche Zellen, einschließlich "möglicher" krankmachender Folgen, beschreiben. Medienkompetenz Die Schülerinnen und Schüler recherchieren selbstständig Fakten, Hintergründe und Kommentare im Internet. können die Inhalte von Videos, Clips und Animationen auf ihre sachliche Richtigkeit hin überprüfen und einordnen. Sozialkompetenz Die Schülerinnen und Schüler lernen durch Partner- und Gruppenarbeit das Zusammenarbeiten als Team. setzen sich mit den Ergebnissen der Mitschülerinnen und Mitschüler auseinander und lernen so, deren Ergebnisse mit den eigenen konstruktiv zu vergleichen. erwerben genügend fachliches Wissen, um mit anderen Lernenden, Eltern, Freunden etc. wertfrei diskutieren zu können.

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

In dieser Unterrichtseinheit geht es um die beiden natürlichen Strahlenquellen, denen der Mensch permanent ausgesetzt ist. Natürliche Strahlenbelastungen entstehen aus den Folgeprodukten der kosmischen und terrestrischen Strahlung. Die im Unterricht vorgestellten Erkenntnisse verdeutlichen den Lernenden, dass man sich dieser Art von Strahlung nur eingeschränkt entziehen kann. Gleichzeitig lernen sie aber auch, dass ein gewisser Verzicht - etwa bei Flugreisen oder bestimmten Genussmitteln - die Gefahr einer natürlichen radioaktiven Belastung reduzieren kann. Wenn man Aussagen über die auf Menschen einwirkende Strahlenbelastung machen will, benötigt man die entsprechenden Messgrößen. Dabei muss den Schülerinnen und Schülern zunächst verdeutlicht werden, dass die verschiedenen Strahlenarten unterschiedlich zu bewerten sind. Dabei werden Begriffe eingeführt wie Energiedosis, Qualitätsfaktor, Äquivalentdosis, Biologische Wirksamkeit und Wichtungsfaktor. Erst dann können die Lernenden ermessen, warum einzelne Strahlenarten besonders gefährlich sind und warum auch nicht jede Form von Körpergewebe auf die entsprechende Strahlung gleich reagiert. Anhand einfacher, aber auch anspruchsvoller Aufgaben werden die Möglichkeiten zur Berechnung gesuchter Zusammenhänge von Strahlung und deren Wirkung in dieser Einheit näher erläutert. Natürliche Strahlenquellen als Thema im Physik-Unterricht Natürliche Strahlenbelastungen entstehen aus den Folgeprodukten der kosmischen und terrestrischen Strahlung. Dabei haben die Folgeprodukte aus der kosmischen Strahlung nur etwa einen Anteil von 15% an der gesamten natürlichen Strahlung, während sich der Rest zu 15% aus in Erde, Wasser und Luft vorkommenden Radionukliden, zu 20% aus in der Nahrung enthaltenen Radionukliden und vor allem aus dem in der Uran-Radium-Zerfallsreihe vorkommenden Edelgas Radon zusammensetzt. Die im Unterricht vorgestellten Erkenntnisse zu natürlichen Strahlenquellen verdeutlichen den Lernenden, dass man sich dieser Art von Strahlung nur eingeschränkt entziehen kann. Gleichzeitig lässt sich die Gefahr einer natürlichen radioaktiven Belastung durch einen gewissen Verzicht, etwa bei Flugreisen oder bestimmten Nahrungsmitteln, reduzieren. Vorkenntnisse Physikalische Vorkenntnisse von Lernenden können bei der Besprechung natürlicher Strahlenquellen nur eingeschränkt vorausgesetzt werden, weil der Fokus in der medialen Berichterstattung in erster Linie auf die Gefahren der künstlichen Strahlenquellen - also beispielsweise radioaktiver Fallout aus Unfällen (Tschernobyl) oder Kernwaffenexperimenten gelegt wird. Allerdings hilft das Gelernte bei der Einordnung der Gefahren rund um das Thema Strahlung. Didaktisch-methodische Hinweise Die Behandlung des Themas "Natürliche Strahlenquellen" im Unterricht kann dazu führen, dass sich Schülerinnen und Schüler verstärkt mit dem umstrittenen Thema Gefahr von Strahlung befassen und sich eine fachlich fundierte Meinung darüber bilden wollen, ob und wann die unterschiedlichen Strahlenquellen zur bedrohlichen Gefahr werden können. Das Thema Strahlenquellen dürfte bei Lernenden ganz allgemein auf hohes Interesse stoßen. Durch ein großes Angebot an Medien mit entsprechendem Material sowie der einfache Zugang zu aktuellen und ausführlich beschriebenen Fakten über das Internet sollte es nicht schwierig sein Methoden zu finden, um den Lernenden das Thema nahezubringen. Fachkompetenz Die Schülerinnen und Schüler können die natürlichen Strahlenquellen in ihren verschiedenen Formen beschreiben und einordnen. kennen die Unterschiede zwischen kosmischer Sekundärstrahlung und terrestrischer Strahlung sowie deren Einwirkung auf den menschlichen Organismus. können die Gesetzmäßigkeiten zur Berechnung der Strahlenbelastung anwenden. Medienkompetenz Die Schülerinnen und Schüler recherchieren selbständig Fakten und Hintergründe zum Thema im Internet. überprüfen die Sachinhalte von Videos, Clips und Applets auf ihre Richtigkeit. Sozialkompetenz Die Schülerinnen und Schüler lernen durch Partner- und Gruppenarbeit das Zusammenarbeiten als Team. müssen sich mit den Ergebnissen anderer Gruppen auseinandersetzen und lernen so, deren Ergebnisse mit den eigenen Ergebnissen konstruktiv zu vergleichen. erwerben im Unterricht eine ausreichende Fachkompetenz, um mit anderen Lernenden, Eltern oder Freunden diskutieren zu können.

Diese Unterrichtseinheit führt in die Programmierung des Raspberry Pi mit Python ein. Anhand verschiedener Aufgaben werden die Schülerinnen und Schüler einen Raspberry-Pi-Computer einrichten und programmieren. Ziel ist es, erste Programmierkenntnisse zu erlangen. Ein AstroPi ist ein Mini-Computer, der mit der Unterstützung der UK Space Agency und der Europäischen Weltraumorganisation (ESA) von der Raspberry Pi Foundation entwickelt wurde. Es gibt zwei ganz besondere AstroPi-Computer: Sie heißen Ed und Izzy und wurden extra für einen Flug ins Weltall gebaut. Beide befinden sich nun auf der Internationalen Raumstation ISS und stehen Schülerinnen und Schülern zur Verfügung. Die vorliegende Unterrichtseinheit führt in die Programmierung des AstroPi ein: Unter Verwendung verschiedener Datenstrukturen in Python steuern die Schülerinnen und Schüler die Farben von LEDs an und erzeugen so unterschiedlich starke farbige und weiße Lichter. Im letzten Arbeitsblatt simulieren sie das System der Luftfeuchtigkeitsregulierung auf der ISS und sammeln Umgebungsdaten wie die Temperatur, die Beschleunigung der ISS und die Richtung der Schwerkraft. Die Unterrichtsmaterialien sind Teil der Astro Pi Challenge. Durch den Wettbewerb haben Schülerinnen und Schüler die einmalige Chance, wissenschaftliche Untersuchungen im All durchzuführen, indem ihre selbstgeschriebenen Computerprogramme auf Astro Pis speziellem Raspberry Pi Computer auf der Internationalen Raumstation (ISS) ausgeführt werden. Altersklasse: 10 bis 16 Jahre Fächer: Informatik, Technik, danach sind weitere Anwendungen in anderen MINT-Fächern möglich Schwierigkeitsgrad: leicht Ort: drinnen (Klassenraum) Erforderliche Materialien: AstroPi-Bausatz; Monitor, USB-Tastatur und USB-Maus Diese Unterrichtseinheit ist der erste Teil einer Reihe von drei Lernhilfe-Sets, die vom ESA Education Office, der Bildungsorganisation der ESA, und ihren Partnern für die erste "European Astro Pi Challenge" entwickelt wurden. Durch das Abarbeiten der Übungen dieser Lektion in der angegebenen Reihenfolge erlernen die Schülerinnen und Schüler die grundlegenden Programmierkenntnisse, die sie für die ersten Schritte mit Raspberry Pi benötigen. Weitere Materialien, die vom ESA Education Office für die "European Astro Pi Challenge" entwickelt wurden: Der Sense Hat: Einrichtung des Sense HAT und visuelle Ausgabe über die Sense HAT-LED-Matrix Datenerfassung mit dem Astro Pi: Erfassung von Daten aus der Umgebung mithilfe von Sense-HAT-Sensoren Die Schülerinnen und Schüler lernen, was ein Raspberry Pi ist, kennen seine Hauptfunktionen und wissen, wie man ihn einrichtet und benutzt. lernen den Unterschied zwischen Hardware und Software kennen. lernen, was eine Programmiersprache ist. lernen, wie sie mit Python programmieren können. lernen, wie sie mit Eingabe- und Ausgabemeldungen, Variablen, Datentypen, "if"-Anweisungen und Schleifen umgehen müssen. lernen, wie sie mit dem Turtle-Modul von Python geometrische Formen zeichnen können.

In dieser Unterrichtseinheit für den fächerverbindenden Unterricht in Physik, Mathematik und Wirtschaft entwerfen die Schülerinnen und Schüler eine Mondlandefähre, die eine sichere Landung auf dem Mond ermöglichen soll. In dieser Aufgaben-Reihe planen, gestalten und bauen die Schülerinnen und Schüler eine Mondlandefähre, die eine sichere Landung der Crew (in Form eines "Ei-stronauten") auf dem Mond garantieren soll. Sie erkunden, welche Faktoren bei einer Mondlandung im Gegensatz zu einer Landung auf der Erde berücksichtigt werden müssen. Bei der Gestaltung der Landefähre müssen die Schülerinnen und Schüler Risikofaktoren und das Budget beachten. Altersklasse : 14- bis 16-Jährige Material : Schüleraktivität Schwierigkeitsgrad : mittel benötigte Unterrichtszeit : 150 Minuten Durchführungsort : Klassenzimmer und im Freien Kosten pro Klasse : gering (0-10 Euro) Thematischer Hintergrund: Mondlandung 1969 wurde Apollo 11 zur ersten bemannten Landungsmission auf dem Mond. Nach einer viertägigen Reise von der Erde aus, löste sich die Landefähre, der Eagle (Adler), von der den Mond umkreisenden Kommandokapsel und landete im Mare Tranquilitas, einer relativ ebenen Fläche. Die Landefähre wurde manuell gesteuert, um Felsen und Kratern zu entgehen. "Houston, hier ist der Stützpunkt Tranquility Base. Der Adler ist gelandet!". Diese Worte markierten eine neue Ära menschlicher Exploration. Apollo 12, die zweite bemannte Mondlandung, war eine Präzisionsübung; ein Großteil des Landeanflugs war automatisch und die präzise Landung war von großer Bedeutung, da sie das Vertrauen stärken sollte, in bestimmten Regionen zu landen. Der Landeanflug ist eine der kritischsten und schwierigsten Phasen bei einer Mondlandung. Die Landekapsel muss ihre Geschwindigkeit von 6.000 km/h in der Mondumlaufbahn auf einige wenige Stundenkilometer reduzieren, um eine sanfte Landung zu garantieren. Landezonen in interessanten Gebieten sind oftmals gefährlich, voller Krater, Felsen und Abhänge, und demnach schwer zu erreichen. Insgesamt haben nur 12 Menschen jemals den Mond betreten, das letzte Mal im Jahre 1972. Die ESA (European Space Agency) plant, in Zusammenarbeit mit ihren Partnern den Mond in den nächsten Jahrzehnten mit Robotern und auch Menschen erneut zu besuchen. Methodische Hinweise In dieser Reihe von Aufgaben entwerfen die Schülerinnen und Schüler eine Mondlandefähre und lernen einige Schwierigkeiten der Weltraumforschung kennen. Vertiefende methodische Hinweise finden Sie im Dokument landung-auf-dem-mond-alle-materialien.pdf, das am Ende dieser Seite kostenlos heruntergeladen werden kann. Die Schülerinnen und Schüler identifizieren die involvierten Kräfte bei einer Landung auf dem Mond beziehungsweise auf der Erde. verstehen die Beziehung zwischen Masse und Gravitation. lösen mithilfe von Newtons zweitem Gesetz ein Problem. planen unter Berücksichtigung der Risiken und des Budgets ein Projekt. arbeiten unter Zeit- und Geldeinschränkungen im Team.