Biologie: Willkommen im Fachportal

In dieser Unterrichtseinheit erfahren die Schülerinnen und Schüler mithilfe eines animierten Videos, wie das Blut zusammengesetzt ist und welche Aufgaben die verschiedenen Blutkörperchen haben. Die Informationen aus dem Erklärvideo werden auf zwei Arbeitsblättern festgehalten. In dieser Unterrichtseinheit geht es um den Aufbau des Blutes. Die Schülerinnen und Schüler schauen sich ein Erklärvideo an und bearbeiten dazu die Aufgaben der beiden Arbeitsblätter. Thematisiert werden die prozentualen Bestandteile von Blutplasma und Blutkörperchen sowie deren Hauptfunktionen. Diese Unterrichtseinheit bietet den Schülerinnen und Schülern eine anschauliche Darstellung des Blutaufbaus und ermöglicht ihnen, das Gelernte aktiv festzuhalten und zu verinnerlichen. Außerdem gibt es ergänzende interaktive Übungen, auf die Sie hier zugreifen können. Die interaktiven Übungen sollen den Schülerinnen und Schülern ermöglichen, das Wissen über die Blutbestandteile und ihrer Funktionen eigenständig einzuüben, zu festigen und zu überprüfen. Inhalte des Erklärvideos im Überblick Das Erklärvideo beginnt mit den prozentualen Bestandteilen des Blutplasmas und der Blutkörperchen, anschließend werden die verschiedenen Blutkörperchen mit ihren Hauptfunktionen präsentiert. Zuerst erfolgt die Vorstellung der roten Blutkörperchen (Erythrozyten), die mithilfe von Hämoglobin Sauerstoff transportieren. In diesem Zusammenhang wird der Weg der Blutkörperchen von der Lunge in den Körper, die dortige Sauerstoffabgabe, der Weg zurück zum Herzen, weiter zur Lunge und die dortige Sauerstoffaufnahme übersichtlich dargestellt. Auch die Zellatmung der Zellen im Körper wird vereinfacht abgebildet. Es folgen die weißen Blutkörperchen (Leukozyten), deren gemeinsame Aufgabe die Abwehr von Krankheitserregern ist. Am Beispiel von Fresszellen und antikörperproduzierenden Lymphozyten werden zwei Möglichkeiten erklärt, die Krankheitserreger unschädlich zu machen. In diesem Zusammenhang werden Antikörper erwähnt, die ein Beispiel für die löslichen Proteine im Blutplasma sind. Auch die Zunahme der weißen Blutkörperchen während einer akuten Infektion und die Abnahme auf die Normalkonzentration nach überstandener Infektion werden gezeigt. Zuletzt wird die Funktionsweise der Blutplättchen (Thrombozyten) mithilfe einer Verletzung an einer Hand vereinfacht dargestellt. Im Film wird auch erwähnt, dass Thrombozyten keine kompletten Zellen, sondern nur Zellbruchstücke sind, die bei Verletzungen von Blutgefäßen miteinander Verkleben und so die Blutung stillen. Hör-Seh-Verstehen: Informationsentnahme aus einem Erklärvideo üben Am Ende des Videos erfolgt die Aufforderung an die Schülerinnen und Schüler, die Informationen aus dem Video nun auf den Arbeitsblättern festzuhalten. Das erste Arbeitsblatt enthält zwei Abbildungen zur prozentualen Zusammensetzung des Blutes aus Blutplasma und festen Blutbestandteilen. Daneben ist jeweils ein Schreibfeld abgebildet, in dem die Schülerinnen und Schüler die Informationen aus dem Video festhalten. Auf dem zweiten Arbeitsblatt sind die Abbildungen der roten und weißen Blutkörperchen und der Blutplättchen mit jeweils einem Schreibfeld zum Festhalten der Funktionen dargestellt. Die Schülerinnen und Schüler können entweder schon während des Videos die Informationen notieren oder dazu aufgefordert werden, sich die Informationen zu merken und erst nach dem Video gemeinsam in Paararbeit festzuhalten. Fachkompetenz Die Schülerinnen und Schüler nennen die Zusammensetzung des Blutes aus Blutplasma und den festen Blutbestandteilen und ihren jeweiligen prozentualen Anteil im Blut. zählen die verschiedenen Blutkörperchen auf und beschreiben ihre jeweiligen Funktionen. Medienkompetenz Die Schülerinnen und Schüler fassen eigenständig Informationen aus dem Video zusammen und halten sie fest. Sozialkompetenz Die Schülerinnen und Schüler üben soziale Kompetenzen ein, indem sie in Paararbeit Informationen zusammentragen und diese gemeinsam festhalten.

In dieser Unterrichtseinheit lernen die Schülerinnen und Schüler das menschliche Blutgruppensystem und den Ablauf einer Blutspende kennen. Ergänzt wird die Unterrichtseinheit durch interaktives Begleitmaterial, das aus vier interaktiven Übungen besteht. Die Schülerinnen und Schüler lesen zum Einstieg einen Zeitungsartikel über den möglichen Tod einer Patientin aufgrund einer unverträglichen Bluttransfusion. Daraufhin spekulieren sie über die Ursache – wie zum Beispiel eine verdorbene Blutkonserve oder eine falsche Blutgruppe. Die Lehrkraft lenkt die Aufmerksamkeit auf die Wichtigkeit der korrekten Blutgruppenzuordnung . Im nächsten Schritt recherchieren die Schülerinnen und Schüler die Entdeckung der Blutgruppen und stellen dann den Versuch von Karl Landsteiner mithilfe eines Quiz nach. Sie erkunden, welche Blutkörperchen mit welchem Blutplasma verklumpen. Die Unterschiede zwischen den Blutgruppen sowie die Begriffe Antigen und Antikörper werden durch einen Text erklärt. Die Klasse erkundet nun mithilfe des Internets die Verteilung der Blutgruppen in Deutschland . Anschließend erarbeiten sie den Ablauf einer Blutspende , indem sie die Website des roten Kreuzes nutzen. Die Lehrkraft betont die Bedeutung von Blutspenden und es wird zusammengetragen, welche Voraussetzungen ein Blutspender erfüllen muss. Mithilfe einer Tabelle erforschen die Lernenden, welche Blutgruppe an welche andere Blutgruppe spenden darf, und identifizieren Universalempfänger und Universalspender. Der Rhesusfaktor bei Blutspenden wird kurz angesprochen. Die Lehrkraft kann optional die Rhesusfaktor-Inkompatibilität bei Schwangerschaften thematisieren. Abschließend wird die ursprüngliche Vermutung der falschen Blutgruppe aus dem Zeitungsartikel aufgelöst. Die Unterrichtseinheit wird durch ein interaktives Begleitmaterial , bestehend aus vier interaktiven Übungen , ergänzt, auf das Sie hier zugreifen können. Das Thema Blutgruppen und Blutspende ist für die Gesellschaft sehr relevant. Immer wieder hört man – und vielleicht auch die Lernenden – von einem Mangel an Blutkonserven und den Gefahren, die damit verbunden sind. Die Lehrkraft sollte über die Bedeutung der Blutspende aufklären und die Lernenden dazu ermutigen, Blut zu spenden, wenn sie erwachsen sind. Jeder Mensch kann eines Tages in die Situation kommen, eine Blutkonserve zu benötigen. In dieser Einheit lernen die Schülerinnen und Schüler die theoretischen Hintergründe der Blutgruppen und die verbundene Bedeutung dieser für die Blutspende kennen. Der Fokus liegt hierbei eher auf den biologischen Inhalten, nicht auf den moralisch-gesellschaftlichen. Vorwissen Die Lernenden sollten bereits die Aufgaben und Zusammensetzung des Blutes kennen, damit sie zum Beispiel die Begriffe rote Blutkörperchen und Blutplasma zuordnen können. Die Einheit ist so gestaltet, dass die Lernenden möglichst viel selbstständig und eigenverantwortlich erarbeiten können. Sie könnte mit einigen Hinweisen auch als Arbeitsauftrag für eine Lerngruppe durchgeführt werden. Sowohl Lehrkraft als auch Lernende sollten wissen, wie man Informationen online recherchiert und weiterverarbeitet. Sollte die Lerngruppe noch nicht in Berührung mit H5P-Formaten gekommen sein, so müsste die Lehrkraft hier eventuell unterstützen. Bei Bedarf könnte – bei Thematisierung der Rhesusfaktor-Inkompatibilität bei Schwangeren – eine Illustration aus dem Internet dazu gezeigt werden. Fachkompetenz Die Schülerinnen und Schüler benennen die biologischen Unterschiede zwischen den Blutgruppen. skizzieren den Ablauf einer Blutspende. benennen Spender- und kompatible Empfänger-Blutgruppen. Medienkompetenz Die Schülerinnen und Schüler recherchieren und verarbeiten Informationen. bearbeiten ein Online-Quiz. Sozialkompetenz Die Schülerinnen und Schüler vergleichen eigene Informationen mit Informationen von Mitlernenden. vertreten ihre Meinung zur Blutspende vor anderen Schülerinnen und Schülern.

Diese Unterrichtseinheit zum Thema Elektroschrott in anderen Ländern sensibilisiert Schülerinnen und Schüler für die weltweite und in Deutschland illegale Entsorgung von Elektroschrott. Hier erfahren die Schülerinnen und Schüler, dass ein großer Teil des illegal entsorgten Elektroschrotts auf Müllhalden in Afrika landet und dort ein hohes Gesundheitsrisiko für Kinder birgt und deswegen die richtige Entsorgung von Elektroschrott auf dem Wertstoffhof und im Handel so wichtig ist. Die Schülerinnen und Schüler lernen ein Kinderlied aus Afrika kennen und erarbeiten sich anhand eines Erklärtextes Informationen darüber, dass afrikanische Kinder aufgrund der Armut ihrer Eltern gezwungen sind, mit für den Lebensunterhalt der Familie zu sorgen. Die Schülerinnen und Schüler befassen sich mit der Situation der Kinder auf einer der größten Halden für Elektroschrott in Ghana (Globales Lernen) . Sie erfahren, dass die Kinder versuchen, aus weggeworfenen Elektrogeräten und Smartphones die wertvollen Metalle zu isolieren und zu verkaufen. Dabei lernen sie, dass dies mit erheblichen Gesundheitsgefahren verbunden ist. Verknüpfung zu vorangegangenen Einheiten In der vorangegangenen Unterrichtseinheit "Rohstoffe – Woraus besteht eigentlich unser Müll?" , in der es um die wertvollen Inhalte des Elektroschrotts ging, erzeugte das Wissen um die Metalle Silber, Gold und anderer Stoffe in Smartphones eine gewisse Faszination bei den Schülerinnen und Schülern. In dieser Einheit erfahren sie nun, dass unser Elektroschrott das Leben und die Gesundheit armer Kinder in einem anderen Erdteil schwer beeinträchtigt. Nachdem die Schülerinnen und Schüler in Einheit 3 Informationen über das Video "Was hat das Handy mit dem Regenwald zu tun?" erhalten haben, arbeiten die Kinder in dieser Einheit viel mit Textinformationen. Umso wichtiger ist es, dass sie über Musik und Fotos eine weitere inhaltliche Ebene beziehungsweise emotionale Botschaft mit dem Kontext "unser Elektroschrott in anderen Ländern" verbinden können. Über diese Emotionalität entwickeln sie eine gewisse Verantwortungsbereitschaft – sowohl dafür, mit wertvollen Elektrogeräten nicht gedankenlos umzugehen, als auch dafür, wie es Gleichaltrigen in fernen Ländern geht. Diese Einheit nimmt damit Bezug zum Orientierungsrahmen für den Lernbereich Globale Entwicklung im Rahmen einer Bildung für nachhaltige Entwicklung (BNE) , der in den folgenden Unterrichtseinheiten breiter aufgefächert wird. Dabei geht es um gemeinsame Verantwortung für eine gute Zukunft für alle Menschen auf diesem Planeten. Schülerinnen und Schüler sollen zentrale Kompetenzen erwerben, zum Beispiel die Fähigkeit zum Perspektivenwechsel und zur Empathie, und lernen, sich als junge Bürgerinnen und Bürger in der Einen Welt zu verstehen. Sensibler Umgang mit dem Thema Kinderarbeit Gleichwohl ist es in dieser Einheit eine wichtige Aufgabe für Lehrpersonen, beim Thema der "Elektroschrott-Kinder" in Accra nicht zu moralisieren bzeziehungsweise den Schulkindern kein schlechtes Gefühl zu machen. Hilfreicher ist es, aufzuzeigen, was jedes Kind tun kann. Dazu dient insbesondere die zuletzt gestellte Frage "Was können wir selbst tun, damit nicht so viel Elektroschrott in Afrika landet?". Diese Frage leitet bereits über zu den nachfolgenden Einheiten, in denen es um Nachhaltigkeit, Reparieren und das richtige Recyclen geht. Die Begriffe "Kinderarbeit/Kinderrechte" werden hier noch nicht ausdrücklich eingeführt, um die Einheit nicht zu überfrachten. Mit Kinderrechten befassen sich die Schülerinnen und Schüler in einer nachfolgenden Unterrichtseinheit. Mehr Sachinformationen erhalten Sie im Dokument "Ablaufplan", siehe Download-Bereich. Fächerübergreifend lernen: Gesang und Tanz aus Tansania "Simama Kaa" ist ein beliebtes und bekanntes Kinderlied und Bewegungsspiel aus Tansania. Es wird in der ostafrikanischen Sprache Swahili gesungen. Der Liedtext von Simama Kaa beschreibt die Bewegungen des Spiels. Die Kinder stehen auf, sie setzen sich hin, sie hüpfen und laufen im Kreis oder auf der Stelle. Das gemeinsame Singen des Kinderliedes dient als emotionale Brücke (Identifikation) zu den Gleichaltrigen im Erdteil Afrika, die unter Inkaufnahme schwerer gesundheitlicher Belastungen den Elektroschrott nach verwertbaren Komponenten durchsuchen. Das gemeinsame Singen entlastet aber auch beim Verarbeiten der durchaus bedrückenden Informationen. In dieser Einheit werden die Kinder durch Material und gezielte Fragen dazu angeregt, das Thema Elektroschrott in anderen Ländern und unsere Verantwortung dafür zu reflektieren. In unterschiedlichen Settings hören sie einander zu, überlegen gemeinsam und diskutieren. Der für manche Kinder sicher anspruchsvolle Erklär-Text ist in unterschiedlich lange Absätze unterteilt und kommt den unterschiedlichen Vorlesekompetenzen ein wenig entgegen. Das reflektierte Gespräch der eigenen Eindrücke und die Auseinandersetzung mit den Sachinformationen haben hier einen hohen Stellenwert. Deshalb wird empfohlen, nach jedem vorgelesenen Absatz ein kurzes Unterrichtsgespräch einzuplanen. Idealerweise gelingt es den Lehrkräften, auch stille oder schwächere Schülerinnen und Schüler zur Beteiligung zu ermutigen. Das Aufgabenblatt kann auch in Einzelarbeit erarbeitet werden, denn nicht jedes Kind arbeitet gerne in einer Gruppe. Manchen Kindern tut es auch gut, sich der Atmosphäre der großen Gruppe/Klasse hin und wieder zu entziehen; deshalb wird empfohlen, dass Kinder sich auch außerhalb des Raumes dem Aufgabenblatt widmen dürfen. Fachliche und methodische Kompetenzen Die Schülerinnen und Schüler geben ein kriteriengestütztes Feedback zu den Ergebnissen von Hausaufgaben. üben sich im Vortragen eigener Arbeitsergebnisse. lernen in einem kindgerechten Ansatz die umwelt- und geopolitischen Dimensionen der Entsorgung von Elektroschrott kennen. können die gesundheitlichen Gefahren des Verbrennens von Elektroschrott benennen und erfassen. erarbeiten sich anhand eines längeren Informationstextes Sachinformationen. Kompetenzen bezogen auf die Kernkompetenzen des Orientierungsrahmens Globale Entwicklung Die Schülerinnen und Schüler entnehmen und verarbeiten Informationen über die Lebensverhältnisse von Kindern und ihren Familien aus anderen Ländern aus bereitgestellten Informationsquellen. (4.1.2. Erkennen: Informationsbeschaffung und -verarbeitung) analysieren an Beispielen den Wandel der Lebensverhältnisse von Kindern unter Berücksichtigung der sozialen und wirtschaftlichen Gegebenheiten. (4.1.2 Erkennen: Analyse des globalen Wandels) berücksichtigen bei Lösungsvorschlägen zu problematischen Lebensverhältnissen die zugrunde liegenden Rahmenbedingungen und Wertvorstellungen. (4.1.2 Bewerten: Perspektivenwechsel und Empathie) bilden sich eine eigene Meinung zu Konfliktfällen: Was sind die Ursachen? Was ist ungerecht? Was wäre fair? (4.1.2. Bewerten: Kritische Reflexion und Stellungnahme) entwickeln Ansätze für eigenes umweltgerechtes Verhalten (4.1.2. Handeln: Handlungsfähigkeit im globalen Wandel) Sozialkompetenz Die Schülerinnen und Schüler halten sich in reflektierenden Gesprächen an Gesprächsregeln der Gruppe. präsentieren sich durch die Vorstellung eigener Arbeitsergebnisse (oder die anderer) fachlich angemessen vor einer Gruppe. sind fähig, einander zuzuhören. können das gemeinsame Singen als verbindendes Gruppenerlebnis wertschätzen. entwickeln Empathie für Kinder, die außerhalb ihres eigenen soziokulturellen Umfeldes leben.

In dieser Unterrichtseinheit zum Thema "Paläogenetik – Vom Frühmenschen zum Homo sapiens" beschäftigen sich die Schülerinnen und Schüler mit der Paläogenetik. Sie klären, welche Inhalte erforscht werden und was man daraus über den heutigen Menschen und seine evolutionäre Entwicklung ableiten kann. Sie begründen ihre Erkenntnisse auf der bahnbrechenden Forschung Svante Pääbos über die DNA ausgestorbener Homini. Die Unterrichtsmaterialien können auf Deutsch und Englisch (für den englisch-bilingualen Unterricht) heruntergeladen werden. In dieser Unterrichtseinheit erkennen die Schülerinnen und Schüler, welcher nobelpreisgekrönte Wissenschaftler unser heutiges Wissen über die Paläogenetik zur Entschlüsselung der Evolution des Menschen erforscht hat und wie die Paläogenetik arbeitet. Diese Unterrichtseinheit ist in Zusammenarbeit mit dem Kuratorium für die Tagungen der Nobelpreisträger in Lindau entstanden, das mit dem Nobelpreis ausgezeichnete Forschung Schülerinnen und Schülern, Studierenden sowie dem wissenschaftlichen Nachwuchs näherbringen möchte. Die Unterrichtseinheit ergänzt dabei das Materialangebot der Mediathek der Lindauer Nobelpreisträger-Tagungen, um konkrete Umsetzungsvorschläge für die Unterrichtspraxis in den Sekundarstufen. Weitere Unterrichtseinheiten aus diesem Projekt finden Sie im Themendossier Die Forschung der Nobelpreisträger im Unterricht. Das Thema "Paläogenetik – Vom Frühmenschen zum Homo sapiens" im Unterricht Die Schülerinnen und Schüler erarbeiten Inhalte, Arbeitsweisen und Bedeutung der Paläogenetik. Daraus können Sie Rückschlüsse auf die Entstehung des Homo sapiens und seine Verwandtschaft zum Neandertaler und Denisova-Menschen ableiten. Die DNA des Homo sapiens enthält prozentuale Annteile an Neandertaler- sowie Denisova-DNA. Diese Rückschlüsse wurden durch Svante Pääbos Arbeit ermöglicht. Vorkenntnisse Die Lernenden sollten den Begriff der Genetik kennen. Ebenfalls sollten Kenntnisse zum Aufbau der DNA vorhanden sein. Die Schülerinnen und Schüler sollten grob wissen, was Evolution bedeutet. Didaktische Analyse Die Schülerinnen und Schüler lernen den Begründer der Paläogenetik, Svante Pääbo kennen und beschäftigen sich mit den bahnbrechenden Ergebnissen der DNA-Untersuchungen von ausgestorbenen Menschenarten. Sie erkennen dabei, dass der Homo sapiens eine Zeit lang in Koexistenz mit Neandertaler und Denisova-Mensch lebte und es dabei zu einer Durchmischung der DNA kam. Pääbo konnte das durch die Sequenzierung von aDNA von Neandertaler und Denisova-Mensch belegen. Homo sapiens-DNA enthält immer noch Anteile an Neandertaler-DNA und Denisova-DNA. Die Erarbeitung der Informationen erfolgt durch Internetrecherchen sowie das Plakat über Svante Pääbos Arbeit als zentrales Medium. Daher sollten die Schülerinnen und Schüler digitale Endgeräte zur Verfügung haben, um auf das Plakat sowie auf die Informationen des Internets zugreifen zu können. Methodische Anlayse Mit Hilfe eines digitalen Plakats und des Internets erarbeiten sich die Schülerinnen und Schüler die Entwicklung des Homo sapiens und finden heraus, welchen Beitrag die Paläogenetik dazu leistet. Zuerst recherchieren die Lernenden zum Begriff der Paläogenetik und sollen bekannte Forscher daraus nennen, zum Beispiel Svante Pääbo. Anschließend beantworten die Schülerinnen und Schüler Fragen zu einem Textabschnitt des Plakats über das Genom des Neandertalers und des Denisova-Menschen und die Arbeit Svante Pääbos. Im Folgenden bearbeiten die Lernenden einen Lückentext über den Stammbaum des Homo sapiens, Neandertalers und des Denisova-Menschen, der sich ebenfalls auf dem Plakat befindet und den Evolutionsfaktor des Genflusses einführt. Die Lernenden erkennen, dass es zu Genflüssen von Neandertaler sowie Denisova-Mensch zum Homo sapiens kam. Danach werden mit Hilfe einer Internetrecherche weitere Evolutionsfaktoren geklärt und fixiert: Mutation, Rekombination, Variabilität und Selektion. Im nächsten Schritt betrachten die Lernenden eine Grafik auf dem Plakat, welche die Wanderungen und die DNA-Durchmischung zwischen Homo sapiens, Neandertaler und Denisovaner-Mensch darstellt. Im darauffolgenden Teil lesen die Schülerinnen und Schüler einen Text, der die Arbeitsweise der Paläogenetik beschreibt. Sie erkennen die Herausforderungen dieser Disziplin, vor allem in Bezug auf die antike DNA und die Methoden der DNA-Vervielfältigung. Als Gesamtzusammenfassung beantworten die Schülerinnen und Schüler vier Fragen zur Unterrichtssequenz. Fachkompetenz Die Schülerinnen und Schüler können die Inhalte der Paläogenetik beschreiben. berühmte Begründer der Paläogenetik nennen. die Arbeit von Svante Pääbo beschreiben. die Evolutionsfaktoren Genfluss, Mutation, Variabilität, Rekombination und Selektion definieren. die Durchmischung der DNA von Homo sapiens mit Neandertaler und Denisova-Mensch begründen. die Herausforderungen beziehungsweise Probleme in der Paläogenetik darstellen. Medienkompetenz Die Schülerinnen und Schüler können Informationen aus einem Plakat extrahieren. Informationen aus dem Internet entnehmen und weiterverarbeiten. Sozialkompetenz Die Schülerinnen und Schüler können eigene Ergebnisse mit Ergebnissen von Mitschülern vergleichen. kollaborativ Informationen entnehmen. in die Rolle eines Paläogenetikers schlüpfen und Herausforderungen der Disziplin nachvollziehen. Hier können Sie sich das Video zur Unterrichtseinheit anschauen.

In dieser Unterrichtseinheit lernen die Schülerinnen und Schüler die Spiele-App "TRAIN 4 Science" sowie wissenschaftliche Fragestellungen zum Klimaschutz und Klimawandel kennen. Sie setzen sich mithilfe der App mit kontrovers diskutierten wissenschaftlichen Fragestellungen auseinander und positionieren sich zu diesen. Die Idee zu "Train 4 Science" ist im Projekt "Die Zukunft des MINT-Lernens" der Deutsche Telekom Stiftung entstanden. Die Klaus Tschira Stiftung hat das Projekt "TRAIN 4 Science" ermöglicht. Ziel dieser Unterrichtseinheit ist es, Lernende und Lehrende mithilfe der Spiele-App "TRAIN 4 Science" für fachliche Fragestellungen zum Klimawandel, die eigene Einstellung beispielsweise zum Klimaschutz und die eigenen Handlungen zu sensibilisieren. Die Schülerinnen und Schüler werden auf Fragestellungen, Akzeptanzprobleme, Entscheidungssituationen und Verhaltensänderungen aufmerksam gemacht. Sie reflektieren andere Handlungen und sich selbst und beantworten offene Forschungsfragen im Bereich der Naturwissenschaftsdidaktik und der Wissenschaftskommunikationsforschung. Spielidee In dem Spiel "TRAIN 4 Science" können die Schülerinnen und Schüler den Weg eines Zuges zu einem Gleis bestimmen und so die Antwort auf eine Frage auswählen. Ergänzende Reflexionsfragen ermöglichen die Erarbeitung von Hinderungsgründen sowie Visionen für klimapositives Verhalten, die Grundlage für Diskussionen im Klassenraum oder beim außerschulischen Lernen sein können. Die erste Version des Spiels befasst sich mit dem Thema Klimawandel. Mittelfristig sollen auch andere kontrovers diskutierte Themen (zum Beispiel Impfungen, Gentechnik, Tierversuche) in das Spiel integriert werden. Das Spiel kann als gamifiziertes Lern-, Umfrage- und Reflexionstool genutzt werden. Inhalte und Aufbau des Spiels In dem Spiel werden in den Kapiteln Wissen , Meinung , Handlungen und Reflexion wissenschaftliche Fragestellungen zum Thema Klimawandel und -schutz bearbeitet. Die drei Kapitel Wissen , Meinung und Handlungen bestehen aus Multiple-Choice-Fragestellungen. Die Spielergebnisse sind jeweils zu einem individuellen Score zu Wissen, Meinungen und Handlungsvorlieben zusammengefasst. Der Score besteht aus dem individuellen Punktestand sowie einem kurzen schriftlichen Feedback zu den Spielergebnissen. Im vierten Kapitel Reflexion beantworten die Schülerinnen und Schüler schriftlich drei Metareflexionsfragen zu Handlungsmotiven, Klimapolitik und Klimakommunikation. Die App fasst die Spielergebnisse je Kapitel und je Fragestellung am Ende des Spiels zusammen. Die Spielergebnisse können die Schülerinnen und Schüler sowie die Lehrperson gemeinsam im Klassenraum diskutieren. In der Klassenraum-Version der App kann die Lehrkraft die Gesamtauswertung über alle Schülerinnen und Schüler der Klasse generieren lassen und an die Wand projizieren. Das erste Kapitel Wissen fragt die Schülerinnen und Schüler nach Faktenwissen zum Klimawandel und dessen Auswirkungen. Das zweite Kapitel Meinung fragt die Lernenden, wie sie die Auswirkungen des Klimawandels hinsichtlich der psychologischen Distanz wahrnehmen und ob sie beispielsweise eine räumliche oder zeitliche Nähe zu den Auswirkungen des Klimawandels empfinden. Das dritte Kapitel Handlungen fragt die Schülerinnen und Schüler nach Nachhaltigkeit und Klimaschutz und sie wählen jeweils zwischen zwei Handlungsoptionen. Das vierte Kapitel Reflexion fragt die Lernenden nach der persönlichen Position und dem eigenen Handeln, welches die Schülerinnen und Schüler hinterfragen und offen reflektieren sollen. Spielfeedback Die Schülerinnen und Schüler bekommen auf der Grundlage der individuellen Scores und des kurzen Feedbacks zu den geschlossenen Fragen der ersten drei Kapitel die Rückmeldung, welche Unterschiede oder Gemeinsamkeiten zwischen ihrem Wissensstand über den Klimawandel und ihrem klimarelevanten Handeln existieren. Sie können diese Rückmeldung bei der Nachbereitung der Spiele-Nutzung berücksichtigen. Die Fragestellungen und Antworten im Kapitel Reflexion fördern das Fachwissen und die Bewertungskompetenz der Lernenden. Die Antworten können im Unterricht individuell oder in der Klasse reflektiert werden. Sie können um wissenschaftliche Befunde ergänzt und hinsichtlich möglicher Hinderungsgründe diskutiert werden. Für die Diskussion in der Klasse eignet sich insbesondere die Klassenraum-Version der App. Die Lernenden können dabei auch eigene Fragestellungen an die Wissenschaft in den Bereichen Natur- und Gesellschaftswissenschaften, Naturwissenschaftsdidaktik und Wissenschaftskommunikation formulieren und ihre Visionen für Wissenschaftskommunikation zu kontroversen wissenschaftlichen Themen mit den Spielmacherinnen und -machern von "TRAIN 4 Science" teilen. Diese sammeln die individuellen und gesellschaftlichen Hinderungsgründe und Visionen in einem "Atlas of Obstacles and Visions" und stellen ihn anonymisiert und Open Access zur Verfügung. Die Spiele-App "TRAIN 4 Science" zum Klimawandel und -schutz betrifft die Lebenswelt sowie Lebensrealität der Lernenden und Lehrenden. In dem Spiel erschließen sich die Schülerinnen und Schüler aktiv eine Welt, in der sie bedeutungsvolle Entscheidungen treffen müssen. Sie üben besonders die eigene Bewertungs- und Reflexionskompetenz. Das Spiel bietet ein Tool zum Aufbau von naturwissenschaftlicher Grundbildung als "Scientific Literacy " , zur Reflexion eigener Kenntnisse und Meinungen und zur aktiven Diskussion wissenschaftlicher Themen in der Gesellschaft. Die Lernenden üben besonders den Umgang mit Fachwissen und die Kommunikationskompetenz. Die Spiele-App eignet sich für Schülerinnen und Schüler ab der Jahrgangsstufe 7. Die Unterrichtseinheit kann mittels einer kurzen Diskussionsrunde, zum Beispiel über die Klassenraum-Version enden, wenn sie in einer Einzelstunde begonnen wird. In einer Doppelstunde kann das Spiel eingebaut und folgendermaßen nachbereitet werden: Die Schülerinnen und Schüler tauschen sich über die Spielerfahrung aus, ergänzen Fachwissen, vertiefen naturwissenschaftliche Aspekte und diskutieren klimapolitische Handlungsmöglichkeiten sowie -konflikte. Sie können beispielsweise weiteren Ideen zu klimapolitischen Handlungen oder zur Kommunikation über Klimawandel und Klimaschutz oder zu einer offenen Fragestellung nachgehen. Zum Beispiel: Was ist mein ökologischer Fußabdruck? Welche klimatechnischen Lösungsansätze gibt es bereits? Digitale Kompetenzen, die Lehrende zur Umsetzung der Unterrichtseinheit benötigen (nach dem DigCompEdu Modell) Die Lehrperson benötigt digitale Kompetenzen und soll in der Lage sein, die Spiele-App in ihren Unterricht einzubetten und mit entsprechenden Sicherungsphasen thematisch so nachzubereiten, dass die Lernenden einen möglichst großen Lerneffekt haben (5.3 Aktive Einbindung der Lernenden). Sie soll die Spiele-App vor dem Unterricht heruntergeladen und ausprobiert haben, um den Einsatz und die Einbettung des digitalen Lehrmaterials in den Unterricht planen und effektiv gestalten zu können (2.1 Auswählen digitaler Ressourcen). Die Lehrperson soll den Computer, das Tablet oder das Smartphone als Endgerät sowie die Spiele-App als Software bedienen können und sie soll die Lernenden in die Spiele-App einweisen können, um allen Schülerinnen und Schülern den Zugang zur digitalen Lernumgebung zu ermöglichen (3.1 Lehren). Die Lehrperson benötigt die Fähigkeit, das Lernen von einzelnen Schülerinnen und Schülern oder Lerngruppen mittels der Spiele-App auf ein gemeinsames Ziel hin zu planen und gemeinsam durchzuführen (3.3 Kollaboratives Lernen). Sie soll die Reflexion zu den wissenschaftlichen Fragestellungen zum Klimawandel und -schutz und zur Spiele-App als digitale Lernumgebung moderieren können (5.3 Aktive Einbindung der Lernenden). Fachkompetenz Die Schülerinnen und Schüler können naturwissenschaftliches Wissen begreifen. können Informationen sach- und fachgerecht erschließen und austauschen. können Fachsprache, fachliche Konzepte und Argumentationsstrukturen erschließen. können biologische Phänomene, Begriffe, Prinzipien, Theorien, Fakten erkennen. können biologische Phänomene, Begriffe, Prinzipien, Theorien, Fakten erklären und nutzen, um Sachverhalte zu verarbeiten. können naturwissenschaftliche Sachverhalte reflektieren, prüfen und bewerten. können biologische Sachverhalte in verschiedenen Kontexten erkennen und bewerten. können eine intakte Natur wertschätzen. entwickeln ein Verständnis für Entscheidungen, die eine nachhaltige Entwicklung verfolgen. beteiligen sich an wissenschaftlichen und gesellschaftlichen Diskussionen. entwickeln Bewertungskompetenzen. bilden und begründen eine Meinung. treffen Entscheidungen auf ethischer Grundlage und reflektieren deren Folgen. Medienkompetenz Die Schülerinnen und Schüler verwenden die Spiele-App "TRAIN 4 Science" als digitales Werkzeug und Medium zum Lernen, Arbeiten und Problemlösen. kommunizieren und kooperieren digital im Klassenraum und in der Gesellschaft. finden, bewerten und nutzen digitale Lernmöglichkeiten. analysieren und bewerten Medien. verstehen und reflektieren Medien in der digitalen Welt. Sozialkompetenz Die Schülerinnen und Schüler kommunizieren aktiv. akzeptieren und respektieren andere Meinungen und übernehmen andere Perspektiven. bilden Beziehungen, Toleranz, Empathie sowie Kritikfähigkeit. üben und akzeptieren konstruktive Kritik. entwickeln Engagement und Kreativität für naturwissenschaftliche, politische und gesellschaftliche Konflikte. 21st Century Skills Die Schülerinnen und Schüler erlangen/festigen Teilkompetenzen des kritischen Denkens. lösen schrittweise Probleme in einer Spielumgebung. üben sich im Treffen von Entscheidungen und diskutieren diese in der Gruppe. stärken ihre Kreativität, indem sie offenen Fragestellungen im Bereich Klimawandel- und schutz nachgehen.

In dieser Unterrichtseinheit erhalten die Lernenden erste Einblicke in topologische Optimierungen und Bionik. Strukturen aus der Natur dienen als Vorbild für bionisches Design, das sowohl stabil als auch materialsparend ist. Nach einer Einführung in das Thema am Beispiel eines Fahrradrahmens, konstruieren Schülerinnen und Schüler Stifteschälchen im bionischen Design mit einem CAD-Programm. Ausgehend von der Frage, wie Maschinenbau einen Beitrag zum Erreichen von Klimazielen schaffen kann, werden materialsparende, leichte, aber trotzdem stabile Designs von Fahrradrahmen betrachtet. Hierbei dienen Strukturen aus der Natur als Vorbilder für bionisches Design. Im Rahmen einer Internet-Recherche informieren sich die Schülerinnen und Schüler darüber, welche bionischen Designs für Fahrradrahmen bereits vorhanden sind. Mit dem Verfahren der topologischen Optimierung können solche materialsparenden Strukturen digital konstruiert werden. Andererseits kann auch mit der analogen Methode der Zugdreiecke durch das gezielte Hinzufügen von Material Stabilität geschaffen werden. Die Schülerinnen und Schüler werden selbst aktiv, indem sie ein Stifteschälchen planen und mithilfe eines CAD-Programms (zum Beispiel mit TinkerCAD) schlussendlich für den 3D-Druck designen. Um hierfür anschaulich Elemente des bionischen Designs zu erfahren, wird die Grundform der Schälchen aus Matsch nachgebaut. Hierbei entdecken die Schülerinnen und Schüler, dass Übergänge – beispielsweise zwischen Wand und Boden – gerundet sind und sich der Querschnitt der Wände von unten nach oben verjüngt. Diese Elemente werden im Design des Schälchens aufgegriffen. Zusätzlich kann Material nach der Idee der topologischen Optimierung durch das Einfügen von Löchern in den Wänden des Schälchens eingespart werden. Hierfür wird mit dem intuitiven Begriff des Kraftflusses gearbeitet, der bei dem Lastfall, dass ein Buch auf den oberen Rand des Schälchens fällt, entsteht. Die Unterrichtseinheit ist thematisch in sechs Lernmodule und zwei Submodule eingeteilt. Fachkompetenz Die Schülerinnen und Schüler lernen die Prinzipien der topologischen Optimierung und des bionischen Designs kennen und wenden diese an. optimieren ausgehend von ersten Entwürfen ihre Stifteschälchen unter den Aspekten der topologischen Optimierung und des bionischen Designs. Medienkompetenz Die Schülerinnen und Schüler konstruieren unter Berücksichtigung bionischer Design-Elemente kreativ mithilfe eines CAD-Programms (zum Beispiel TinkerCAD). nutzen das Internet eigenständig für Recherchen zum bionischen Design und der topologischen Optimierung. erarbeiten aktiv mit Hilfe von Matsch bionische Design-Elemente.