Optimierung von Lüftungsstrategien mithilfe von Messungen der \(CO_{2} \)-Konzentration

Unterrichtseinheit

In dieser Unterrichtseinheit lernen die Schülerinnen und Schüler ein Messverfahren zur Bestimmung der \(CO_{2} \)-Konzentration im Klassenzimmer kennen, führen dies mithilfe der senseBox durch und leiten daraus geeignete Lüftungsstrategien ab.

  • Biologie / Ernährung und Gesundheit / Natur und Umwelt / Technik / Sache & Technik
  • Sekundarstufe I
  • 2 bis 3 Unterrichtsstunden
  • Internetressource, Software, Arbeitsheft
  • 3 Arbeitsmaterialien

Beschreibung der Unterrichtseinheit

Das Lüften von Räumen hat im Zuge der Corona-Pandemie an Bedeutung gewonnen. Aber schon immer war eine gute Luftqualität von Relevanz, da mit einer steigenden \( CO_{2} \)-Konzentration im Raum auch die Wahrscheinlichkeit für eintretende Kopfschmerzen, Müdigkeit und Konzentrationsverlust steigt. Daher ist es wichtig, die Qualität der Luft im Klassenraum im Blick zu halten, beispielsweise mit einer \( CO_{2} \)-Ampel.

In dieser Unterrichtseinheit wird die senseBox genutzt, um ein Messgerät zu bauen, mit dem die Temperatur und die \( CO_{2} \)-Konzentration im Raum gemessen werden kann. Bei der senseBox handelt es sich um einen Mikrocontroller, an dem unterschiedliche Sensoren mit einem einfachen Steckprinzip angeschlossen werden können. Zur individuellen Nutzung der senseBox muss das Messgerät programmiert werden. Dafür steht die graphische Programmieroberfläche "Blockly für senseBox" zur Verfügung. Wie der Name andeutet, können in dem webbasierten Tool unterschiedliche Blöcke per Drag-and-Drop zusammengefügt werden. Es sind folglich keine Vorkenntnisse im Bereich der Programmierung erforderlich.

Um die Daten in Echtzeit verfolgen zu können, wird in dieser Unterrichtseinheit die App Phyphox als Unterstützung herangezogen. Die Lernenden können nach dem Bau und der Programmierung des Messgeräts die Datenerhebung zur \( CO_{2} \)-Konzentration im Klassenraum durchführen. Dabei erzeugen sie durch das Öffnen und Schließen der Fenster und Türen variable Bedingungen und können mithilfe der Visualisierung der Daten in der Phyphox-App Strategien zum Lüftungsverhalten ableiten.

Unterrichtsablauf

Inhalt
Sozial- / Aktionsform

Didaktisch-methodischer Kommentar

Die Schülerinnen und Schüler sitzen tagtäglich in Klassenräumen, weshalb es von großer Bedeutung ist, ihnen optimale Lernbedingungen zu schaffen. Dazu gehört unter anderem eine ausreichende Luftqualität, um Kopfschmerzen und Konzentrationsschwierigkeiten vorzubeugen. Es ist daher wichtig, die Lernenden für dieses alltägliche Thema zu sensibilisieren und ihnen Tipps mit auf dem Weg zu geben, wie sie die \( CO_{2} \)-Konzentration in ihrer Umgebung gering halten können.

Methodisch wurde bei dieser Unterrichtseinheit durch den Einsatz der senseBox auf eine interdisziplinäre Herangehensweise gesetzt. Im Sinne der informatischen Grundbildung ist es von Vorteil, fächerübergreifend mit den digitalen Werkzeugen in Berührung zu kommen. Haben die Lernenden beispielsweise bereits in anderen MINT-Fächern mit einer blockbasierten Programmieroberfläche gearbeitet, vertiefen sie ihre Kenntnisse in dieser Unterrichtseinheit. Zudem steigert es die Motivation, wenn sie mit den eigenständig erhobenen Daten arbeiten, anstatt vorgefertigte Tabellen aus den Schulbüchern auszuwerten.

Vorkenntnisse der Lernenden

Für die beschriebene Umsetzung ist es notwendig, dass die Lernenden den Umgang mit einem Tablet und einem Laptop beherrschen. Allerdings kann diese Kompetenz ab der siebten Klasse vorausgesetzt werden. Durch die Arbeit in der Gruppe haben sie zudem die Möglichkeit, sich gegenseitig zu unterstützen und voneinander zu lernen.

Differenzierungsmöglichkeiten

Handelt es sich bei den Lernenden um eine besonders starke oder heterogene Gruppe, so können in dieser Unterrichtseinheit ohne viel Aufwand Differenzierungsmöglichkeiten angeboten werden. Zum einen können die Anleitungen unterschiedlich detailliert vorbereitet werden, sodass mehr oder weniger Eigenarbeit in der Gruppe notwendig ist. Zum anderen können die Kreativität und die Problemlösekompetenz gefördert werden, wenn die Lernenden ein höheres Maß an Freiheit bei der Versuchsdurchführung bekommen. Sie können dann beispielsweise ihren eigenen Versuchsaufbau konstruieren und sich variable Bedingungen beim Lüften selbstständig überlegen.

Digitale Kompetenzen, die Lehrende zur Umsetzung der Unterrichtseinheit benötigen

Zur Durchführung dieser Unterrichtseinheit sollte die Lehrkraft in der Bedienung eines Laptops/Computers geübt sein. Zudem sollte sie mit der senseBox vertraut sein, um den Lernenden Hilfestellungen anbieten zu können. Das dafür notwendige Wissen kann sich in kurzer Zeit mithilfe dieser Anleitung angeeignet werden. Es ist folglich nicht notwendig, umfassende Kenntnisse im Bereich der Informatik aufzuweisen.

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Unterrichtsmaterial "Messung der \(CO_{2} \)-Konzentration" zum Download

Vermittelte Kompetenzen

Fachkompetenz

Die Schülerinnen und Schüler

  • beurteilen verschiedene Maßnahmen und Verhaltensweisen zur Erhaltung der eigenen Gesundheit und zur sozialen Verantwortung.
  • planen einfache Experimente, führen die Experimente durch und/oder werten sie aus.
  • beschreiben und erklären Struktur und Funktion von Organen und Organsystemen, zum Beispiel bei der Stoff- und Energieumwandlung.

Medienkompetenz

Die Schülerinnen und Schüler

  • identifizieren passende Werkzeuge zur Lösung.
  • passen digitale Umgebungen und Werkzeuge zum persönlichen Gebrauch an.
  • planen und verwenden eine strukturierte, algorithmische Sequenz zur Lösung eines Problems.

Sozialkompetenz

Die Schülerinnen und Schüler

  • kommunizieren und argumentieren in verschiedenen Sozialformen.
  • stellen Ergebnisse und Methoden biologischer Untersuchung dar und argumentieren damit.

21st Century Skills

Die Schülerinnen und Schüler

  • fördern ihr kritisches Denken, indem sie die Messmethode kritisch reflektieren und hinterfragen.
  • stärken ihre Kreativität, indem sie ein eigenes Messgerät konfigurieren und mit den eigenständig erhobenen Daten arbeiten.

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Verena Witte

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Die Zukunft des MINT-Lernens

Die Materialien sind im Projekt "Die Zukunft des MINT-Lernens" der Deutsche Telekom Stiftung entstanden.