MINT: Willkommen im Fachbereich

Die Unterrichtseinheit für den Chemieunterricht (Klasse 8–9) vermittelt den Schülerinnen und Schülern Kenntnisse zu den chemischen Eigenschaften von Wasser. Die Lernenden untersuchen den Zusammenhang zwischen dem molekularen Aufbau von Wasser und seinen besonderen Eigenschaften. Anhand von Experimenten analysieren sie Phänomene wie Oberflächenspannung, Löslichkeit und Wasserhärte und setzen diese in Beziehung zu Alltagsbeispielen. Wasser begegnet uns in unserem täglichen Leben. Es ist eine unverzichtbare Lebensgrundlage und ein großer Bestandteil des menschlichen Körpers. Ein bewusster Umgang mit Wasser hilft den Rohstoff zu schonen. Deshalb ist es besonders wichtig, das Bewusstsein bei alltäglichen Routinen wie beispielsweise dem Zähneputzen oder dem Nutzen der Spül- und Waschmaschine zu stärken. Durch die Erweiterung der Kenntnisse über die außergewöhnlichen chemischen Eigenschaften von Wasser und seinen Besonderheiten, wird die Bedeutung des Wassers hervorgehoben und im Denken und Handeln der Schülerinnen und Schüler verankert. Sie werden sensibilisiert und erfahren, dass ein sorgsamer Umgang mit diesem wertvollen Rohstoff unerlässlich ist. Die Unterrichtseinheit liefert einen allgemeinen Überblick über die chemischen Eigenschaften dieses besonderen Moleküls. Sie vermittelt ein grundlegendes Verständnis für die Wechselwirkungen zwischen den einzelnen Wassermolekülen sowie den daraus resultierenden Eigenschaften und geht dabei auch auf die Elektronegativität von Elementen ein. Des Weiteren wird die Besonderheit hervorgehoben, dass Wasser als einziger Stoff auf natürliche Weise in allen drei Aggregatzuständen vorkommt. Das Phänomen der Dichteanomalie wird dabei didaktisch reduziert anhand eines Beispiels aus dem Alltag betrachtet. Abschließend wird die Wichtigkeit und Notwendigkeit hervorgehoben, die Trinkwasserqualität regelmäßig zu überwachen. Dabei wird auf verschiedene Optionen eingegangen, die Qualität von Wasser zu verbessern und so zu einem nachhaltigen Umgang mit Wasser beizutragen. Das vorliegende Unterrichtsmaterial eignet sich für den Unterricht in der Sekundarstufe I im Fach Chemie. Es kann als Material für die Themen "Stoffe und Eigenschaften“ beziehungsweise "Aggregatzustände“ oder "umweltbezogene Chemie“ herangezogen werden und hebt die Bedeutung von Wasser hervor. Die Unterrichtseinheit bietet einen klaren Lebensweltbezug und regt an verschiedenen Stellen zum Denken an. Neben verschiedenen Lernmethoden und Sozialformen liefert sie auch eine vertiefende Zusatzaufgabe, die optional bearbeitet werden kann. Deshalb eignet sich die Einheit insbesondere auch für heterogene Lerngruppen. Das erste Arbeitsblatt kann als eine allgemeine Einführung in das Thema Wasser genutzt werden. Der Fokus liegt zunächst auf dem chemischen Aufbau sowie dem damit verbundenen Dipolcharakter von Wasser. Anhand eines Experiments werden die Oberflächenspannung und die intermolekularen Kräfte zwischen den Molekülen verdeutlicht. Die Schülerinnen und Schüler setzen sich außerdem mit der Bedeutung von Wasser im Alltag auseinander. Weiterhin können die besonderen Eigenschaften von Wasser mit Hilfe des zweiten Arbeitsblattes behandelt werden. Dabei wird auf die verschiedenen Aggregatzustände des Wassers eingegangen. Das dritte Arbeitsblatt hebt die Wichtigkeit einer regelmäßigen Überprüfung der Wasserqualität hervor. Es können zwei Experimente durchgeführt werden, die zum einen auf die Wasserhärte eingehen und zum anderen die kalklösende Wirkung von Essigsäure verdeutlichen. Außerdem werden verschiedene Möglichkeiten hervorgehoben, die Wasserqualität zu verbessern. Eine abschließende Aufgabe regt zum Nachdenken an und soll das Bewusstsein für einen umweltfreundlichen und wertschätzenden Umgang mit Wasser stärken. Die Schülerinnen und Schüler erhalten im Laufe der Unterrichtseinheit durch visuelle Darstellungen und praxisnahe Beispiele aus ihrem Alltag ein weitgehendes Verständnis für die Bedeutung von Wasser. Ein spezielles Vorwissen wird für die Bearbeitung der Aufgabenstellung nicht benötigt, da das benötigte Wissen in den Infotexten vermittelt wird. Ein grundlegendes Wissen in Bezug auf die Vorbereitung und Durchführung der Experimente wird vorausgesetzt. Die allgemeine Vorgehensweise bei Experimenten (Frage stellen, Vermuten, Versuch durchführen und beobachten, Ergebnisse notieren, Auswertung) sollte zuvor wiederholt werden. Fachkompetenz Die Schülerinnen und Schüler lernen die chemische Struktur und die damit verbundene Polarität von Wasser kennen. erlangen detailliertes Wissen über die verschiedenen Eigenschaften des Wassers. befassen sich mit der Wasserhärte sowie der Aufbereitung von Trinkwasser. Medienkompetenz Die Schülerinnen und Schüler nutzen verschiedene Medienangebote für ihre Recherche. lernen verschiedene Medien zu unterscheiden und sie kritisch zu hinterfragen. Sozialkompetenz Die Schülerinnen und Schüler bearbeiten Aufgabenstellungen gemeinsam mit einer Partnerin oder einem Partner oder innerhalb einer Gruppe. verbessern ihre Diskussionsfähigkeit, indem sie ihre Meinung äußern und mit Argumenten unterstützen. wenden ihr Wissen auf fächerübergreifende Fragen an. lernen praktische Versuche vorzubereiten, präzise zu beobachten und ihre Beobachtungen zu dokumentieren. Verwendete Literatur E. Riedel, C. Janiak (2007). Anorganische Chemie. Walter de Gruyter GmbH & Co. KG, S. 542.

Die Unterrichtseinheit für das Fach Geografie der Klasse 5-6 führt die Schülerinnen und Schüler in den Gesteinskreislauf ein. Sie erforschen die Entstehung sedimentärer, magmatischer und metamorpher Gesteine sowie deren Eigenschaften. Durch die Untersuchung gesteinsbildender Prozesse entwickeln sie ein Verständnis für endogene und exogene Faktoren und beurteilen die Eignung von Natursteinen als Baumaterialien. Ausgehend von einer überraschenden Entdeckung – Fossilien in den Mauern von Gebäuden – führt diese Unterrichtseinheit die Schülerinnen und Schüler durch den Gesteinskreislauf und macht dabei geologische Prozesse greifbar. Der Aufbau der Einheit folgt dem Weg der Gesteine von ihrer Entstehung bis zur Verwendung als Baumaterial. Zunächst erforschen die Lernenden die Entstehung verschiedener Gesteinsarten (magmatisch, sedimentär, metamorph) durch endogene und exogene Prozesse. Im zweiten Schritt untersuchen sie arbeitsteilig die spezifischen Eigenschaften (z. B. Härte, Korngröße und Struktur, Witterungsbeständigkeit) von Gesteinen. Abschließend stellt die Unterrichtseinheit einen konkreten lebensweltlichen Bezug her und lässt die Schülerinnen und Schüler Gesteine als Baumaterialien näher unter die Lupe nehmen. Warum sind so viele Kirchen aus Sandstein? Und warum Arbeitsplatten in der Küche eher selten? Dabei zeigt sich die Fachexpertise von Steinmetzinnen und Steinmetzen als Fundgrube für wertvolle Tipps. Gesteine begegnen uns überall im Alltag. Nicht nur in der Natur, sondern auch in Form von Baustoffen in Fassaden, als Arbeitsplatten, Fensterbänke oder auch Kunstwerke. Sie sind nicht nur elementare Bausteine unserer menschlichen Lebenswelt, sondern auch der Natur. Sie liefern uns wichtige Informationen über die Erdgeschichte, die Zusammensetzung der Erde sowie geologische Entstehungsprozesse und helfen uns zu verstehen, wie Landschaften entstanden sind. Um endogene und exogene Prozesse, die unsere Erde gestalten, zu verstehen, ist es wichtig, sich mit Gesteinen als Baumaterialien unserer Erde auseinanderzusetzen. Eine wichtige Grundlage stellt hier der Kreislauf der Gesteine dar, der veranschaulicht, wie sich die Erdkruste stetig wandelt. Dies geschieht durch Kräfte im Erdinneren wie hohe Temperaturen und Druck sowie durch Kräfte an der Erdoberfläche wie Witterungseinflüsse und jahreszeitliche Veränderungen. Aufhänger der Unterrichtseinheit ist eine Schlagzeile über Fossilienfunde in einer Gebäudefassade. Die Lernenden befassen sich im Verlauf der Einheit mit der Frage, wie die urzeitlichen Lebewesen in unsere Bauwerke kommen und untersuchen die Eigenschaften von Gesteinen in Hinblick auf ihre Eignung als natürliches Baumaterial. In der ersten Unterrichtsstunde ( Arbeitsblatt 1) lernen die Schülerinnen und Schüler magmatische, metamorphe und sedimentäre Gesteine und deren Entstehungsprozesse kennen. Mithilfe von Lesetext und Schaubild erarbeiten die Lernenden den Gesteinskreislauf und somit unterschiedliche Gesteinsarten und deren Entstehungswege. Anschließend vertiefen sie ihr Wissen über verschiedene Gesteine, indem sie in einer arbeitsteiligen Gruppenarbeit ( Arbeitsblatt 2 ) exemplarisch deren Eigenschaften untersuchen. Dabei befassen sich die Schülerinnen und Schüler entweder mit dem Granit (magmatisches Gestein), dem Sandstein (Sedimentgestein) oder dem Marmor (metamorphes Gestein). Hierfür können Handstücke oder auch die Abbildungen auf den Arbeitsblättern herangezogen werden. Anschließend werden die Arbeitsergebnisse der Schülergruppen entweder im Plenum oder in weiteren Kleingruppen (Gruppenpuzzle) zusammengetragen. Mit dem Verweis auf Naturwerksteine als Baumaterialien wird dabei stets ein Lebensweltbezug hergestellt. In den Unterrichtsstunden vier und fünf beurteilen die Lernenden, welche Natursteine sich auf Grundlage ihrer Eigenschaften für welche Einsatzzwecke eignen und verbinden ihre theoretischen Kenntnisse mit praktischen Beobachtungen, indem sie Beispiele aus ihrer Lebenswelt zuordnen ( Arbeitsblatt 3 ). Am Ende der Unterrichtseinheit steht der Rekurs auf die lohnende Fragestellung: Die Fossilien kommen in die Gebäudewand, da es sich um ein Sedimentgestein vom Meeresboden handelt, in das abgestorbene Lebewesen eingeschlossen sind. Eine vertiefende Forschungsaufgabe kann optional in einer weiteren Unterrichtsstunde durchgeführt werden: Die Lernenden gehen in ihrer Umgebung auf Entdeckungstour, suchen nach Arbeiten aus Naturstein und untersuchen diese. Die Einheit lädt durch interessante Forschungsfragen zum eigenständigen Lernen ein und ist durch den Einsatz unterschiedlicher Sozialformen abwechslungsreich aufgebaut. Sie kann besonders anschaulich gestaltet werden, wenn Lehrkräfte Handstücke als Anschauungsmaterialien zur Verfügung stellen oder die Schülerinnen und Schüler in ihrem alltäglichen Umfeld auf Entdeckungstour gehen und dort Naturwerksteine erkunden, lässt sich aber auch niedrigschwellig über die anschaulichen Arbeitsblätter umsetzen. Fachkompetenz Die Schülerinnen und Schüler verstehen die Grundprinzipien der Gesteinsbildung und lernen Gesteine entsprechend ihrer Entstehungsarten kennen. unterscheiden Gesteine in ihren Eigenschaften und leiten daraus deren Einsatzmöglichkeiten als natürliche Werkstoffe ab. untersuchen Gesteine und deren Einsatz in ihrer Umgebung (Pflastersteine, Treppen, Säulen/Pfeiler, Fenster- und Türstürze, Mauern, Portale etc.). Medienkompetenz Die Schülerinnen und Schüler werten Informationen aus Lesetexten aus. recherchieren mithilfe von Internetlinks und/oder eigenständig im Internet. Sozialkompetenz Die Schülerinnen und Schüler arbeiten zielgerichtet miteinander in der Gruppe. können gemeinsam Aufgaben bearbeiten und Arbeitsergebnisse präsentieren. können Informationen in Fachsprache situations- und adressatengerecht ausdrücken. arbeiten kooperativ in Paararbeit und in Kleingruppen.

Die Unterrichtseinheit für das Fach Physik (Klasse 7-8) für die Sekundarstufe I vermittelt den Schülerinnen und Schülern zentrale Kompetenzen im Bereich der Mechanik und Kräfteübertragung mittels schiefer Ebene, Flaschenzug und Zahnrädern. Die Kraftwandler werden durch lebensnahe Anwendungsbeispiele aus der LandBauTechnik veranschaulicht. Die vorliegende Unterrichtseinheit behandelt zentrale mechanische Prinzipien anhand lebensnaher Kontexte aus der LandBauTechnik und ist auf vier Stunden ausgelegt. Im Mittelpunkt stehen die einfachen Maschinen schiefe Ebene, Flaschenzug und Zahnräder, mit deren Hilfe Kräfte übertragen und verändert werden können. Dabei setzen sich die Schülerinnen und Schüler unter anderem mit der Frage auseinander, wie schwere Lasten effizient bewegt werden können, und lernen die dahinterliegenden physikalischen Zusammenhänge kennen. Die Erarbeitung erfolgt über alltagsbezogene Anwendungsbeispiele und stellt dabei immer wieder Bezüge zur LandBauTechnik her. Zu Beginn der Einheit wird die zentrale Problemstellung der Unterrichtseinheit eingeführt und die Schülerinnen und Schüler lernen die drei thematisierten einfachen Maschinen (schiefe Ebene, Flaschenzug, Zahnräder) kennen. Die Lernenden erproben in einem einfachen Experiment zur schiefen Ebene den Zusammenhang zwischen Rampenlänge, Weg und benötigter Kraft. Das Prinzip des Flaschenzugs wird anhand eines Erklärvideos und anschließender Aufgaben erarbeitet. Im weiteren Verlauf steht das Thema Zahnräder im Fokus. Mithilfe interaktiver Simulationen lernen die Schülerinnen und Schüler, wie sich Kraft und Geschwindigkeit über Zahnräder verändern lassen. In einer abschließenden Anwendungseinheit übertragen die Lernenden ihr Wissen auf konkrete Situationen aus der LandBauTechnik. Die vorliegende Unterrichtseinheit ist im Rahmenlehrplan Physik für die Sekundarstufe I in Nordrhein-Westfalen im Inhaltsfeld 7 "Bewegung, Kraft, Energie“ verankert. Die physikalischen Inhalte werden dabei motivierend in lebensnahen Anwendungskontexten aus der LandBauTechnik eingebettet, was die Relevanz für die Lernenden steigert und den Transfer in die Lebenswelt fördert. Vorkenntnisse zur Kraft als gerichtete Größe sind für die Einheit notwendig. Wissenslücken in diesem Bereich können jedoch im Rahmen der Unterrichtseinheit optional wiederholt bzw. nachgearbeitet werden. Dadurch können auch leistungsschwächer Lernende unterstützt werden. Leistungsstarke Schülerinnen und Schüler erhalten an verschiedenen Stellen hingegen die Möglichkeit, über zusätzliche Aufgaben und Denkanstöße weiterführende Inhalte zu erarbeiten. Durch solche Differenzierungsoptionen wird die Einheit den unterschiedlichen Vorkenntnissen, Fähigkeiten und Lernrhythmen der Schülerinnen und Schüler gerecht. Methodisch wechseln sich Einzel-, Paar- und Gruppenarbeiten sowie Unterrichtsgespräche ab, um unterschiedliche Sozialformen und Lernstile zu berücksichtigen. Das Gruppenpuzzle ermöglicht es, dass Schülerinnen und Schüler Verantwortung für bestimmte Themenbereiche übernehmen und ihr Wissen anschließend an andere weitergeben. Diese Vielfalt fördert nicht nur die aktive Beteiligung, sondern auch kooperatives Lernen und selbstständiges Erarbeiten komplexer Sachverhalte. Die Beschäftigung mit einfachen Maschinen und deren Anwendung in der LandBauTechnik ist von hoher Bedeutung, da sie grundlegende physikalische Prinzipien anschaulich macht und einen Einblick in technische Lösungen des Alltags bietet. Dadurch wird das Verständnis für Technik und Naturwissenschaften gestärkt. Fachkompetenz Die Schülerinnen und Schüler können beschreiben, wie einfache Maschinen Kräfte übertragen und verändern. können den Einfluss der Rampenlänge auf die benötigte Kraft bei der schiefen Ebene beschreiben. können das Prinzip eines Flaschenzugs erläutern. können die Goldene Regel anhand der Kraftwandlung an einfachen Maschinen erläutern. können beschreiben, wie sich Kraft und Geschwindigkeit über Zahnräder verändern lassen. Medienkompetenz Die Schülerinnen und Schüler können Informationen aus einem Video entnehmen und verschriftlichen . können Informationen und Daten analysieren, interpretieren und kritisch bewerten. können sich Informationen selbst erschließen und adressatengerecht aufbereiten. können digitale Werkzeuge bedarfsgerecht einsetzen. Sozialkompetenz Die Schülerinnen und Schüler arbeiten zielorientiert und kriteriengeleitet in Einzel-, Gruppen- und Paararbeit. verbessern ihre Fähigkeiten ihre Erkenntnisse zu präsentieren. kommunizieren adressatengerecht und verknüpfen dabei Alltags- und Fachsprache situationsgerecht.