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Tag: Gymnasium
Aufbau der Materie - Black Box Experiment

Um eine Vorstellung über den inneren Aufbau von Materie zu bekommen führen Wissenschaftler z. B. an Teilchenbeschleunigern aufwändige Experimente durch. Immer mehr experimentelle Erkenntnisse ergeben dann ein immer genaueres Bild der inneren Struktur. Die Untersuchung einer Black Box soll diesen forschenden Erkenntnisprozess modellhaft veranschaulichen. Die Schüler formulieren dabei Hypothesen, planen Experimente, führen diese durch und präsentieren ihre Ergebnisse in Form einer wissenschaftlichen Konferenz.

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Definiere

Das Definieren von physikalischen Begriffen erfordert die Benennung aller Aspekte, die notwendig sind, um den ganzen Begriff abzudecken, ohne überflüssige Informationen mit aufzunehmen. Den SchülerInnen hilft es, wenn wir ihnen Beispiele und Gegenbeispiele für einen Begriff aufzeigen. Sie verstehen jedoch eher, wie man einen Begriff definiert, wenn sie es selbst versuchen, als wenn sie es nur von uns erklärt bekommen.

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Der große Pizzatest: Geschmack und Energie

Der Magen knurrt - was nun? Die Fertigpizza aus dem Gefrierschrank? Die Nummer gegen Hunger beim Pizzalieferdienst? Oder doch das Pizzarestaurant um die Ecke? Zu solch einer Entscheidung gehören neben den kulinarischen auch physikalische Faktoren: Wie teuer ist die Lagerhaltung im Gefrierschrank und das Aufbacken im Backofen? Die Schülerinnen und Schüler bekommen im Physikunterricht in Form einer arbeitsteiligen Gruppenarbeit (Tiefkühlbrötchen, Tiefkühlpizza, gekochte Eier) den Auftrag entsprechende Zubereitungsmöglichkeiten zu untersuchen und auf einem Plakat zu präsentieren.

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Schneller als sein Schatten

"Lucky Luke schießt schneller als sein Schatten!" Das entsprechende Comic-Heft, Bild oder ein kurzes Video aus YouTube kann als Einstieg für eine Unterrichtseinheit über Schatten verwendet werden. Innerhalb der Unterrichtseinheit ergeben sich zahlreiche Möglichkeiten für Experimente zum forschenden Lernen. Bei folgenden Aufgaben werden die Schüler an das forschende Lernen herangeführt.  Die Fragestellung wird vorgegeben, die Vermutung, die Modellierung, das Experiment, die Beobachtung und das Ergebnis sind je nach Klassenstufe und Schulart offen gestaltet.

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Projekt Desertec – Energie aus der Wüste?

Solarkraftwerke werden oft als eine mögliche Lösung für zukünftige Energieprobleme gesehen. In dieser Unterrichtseinheit beschäftigen sich die Schülerinnen und Schüler mit den mathematischen und physikalischen Grundlagen und Schwierigkeiten, die mit Solarkraftwerken in der Wüste einhergehen: Wie kann elektrische Energie gewonnen werden? Welche Spiegelform eignet sich für Solarkraftwerke? Wie viel Kraftwerke würden zur Deckung des europäischen Energiebedarfs benötigt? Wie kann die Energie nach Europa gebracht werden? Den Abschluss der Unterrichtseinheit bildet die Reflexion über Möglichkeiten der Realisierung des Projekts „Desertec“ zur Gewinnung von Strom aus der Wüste.

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Gefährliche Kälte

Warum ist es für uns so wichtig, möglichst immer die richtige Temperatur beizubehalten? Um in heißen oder kalten Umgebungen überleben zu können und sich wohl zu fühlen, müssen Menschen und Tiere die Wärme, die sie aufnehmen oder abgeben, kontrollieren. Um diesen Vorgang besser zu verstehen, ist es wichtig zu begreifen, was Wärme, Temperatur und das thermische Gleichgewicht genau sind und wie sie in Beziehung zueinander stehen. Diese Unterrichtseinheit verwendet den Begriff ‚Fluss’ in Systeme hinein und aus ihnen heraus und stellt so einen Vergleich zur Bewegung von Wasser her, um anhand dieser Analogie das thermische Gleichgewicht zu erklären. In einigen Unterrichtsstunden in Mathematik und Physik verwenden die Schülerinnen und Schüler kleine Programme und einfache Experimente, um ihre Kenntnis und ihr Verständnis dieser Schlüsselbegriffe aufzubauen. Anschließend werden diese Ideen in einer Fallstudie zur Prävention einer Unterkühlung angewandt.

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Werbespot auf Sprungschanze

Kaipola, Finnland, 24. Januar 2005: Für einen Werbespot fährt ein Auto (1,9t Gewicht) mit 60km/h die Skisprungschanze von Kaipola (Steigung: 80%) empor und bleibt nach 9 Sekunden triumphal an der Startluke der Schanze (47m über dem Boden) stehen. Der spektakuläre Werbespot (siehe YouTube) eröffnet viele Möglichkeiten für offene Fragestellungen und forschende Aufgaben zum Thema schiefe Ebene, Reibung und Kräftezerlegung.

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Gefährlicher Regen

Wann ist Regen gefährlich? Wo kommen Überflutungen her? Wie können wir den durch Überflutungen angerichteten Schaden verringern? Im vergangenen Jahrzehnt haben einige Teile Europas vermehrt sehr starken, zu Überflutungen führenden Regen erlebt, während andere Regionen geringere Niederschlagsmengen und daraus resultierende Dürren erfuhren. Diese Materialien haben zum Ziel, dass die Schülerinnen und Schüler naturwissenschaftliches und mathematisches Wissen zum Thema „Überflutungen“ anhand von theoretischen Überlegungen und praktischen Untersuchungen sowie durch die Verwendung neuer Medien (Applets) entwickeln. In einer Fallstudie zur Überflutung eines Flusstals werden die mathematischen und naturwissenschaftlichen Grundlagen von Strömungen sowie die physikalischen Größen, die die Fließmenge und Fließgeschwindigkeit beeinflussen, zusammengetragen.

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Das Solarauto: umweltfreundlich unterwegs

Warum sind Solarautos in der EU und auf der ganzen Welt von Bedeutung? In Zypern und vielen anderen europäischen Ländern erregen Solarautorennen Aufmerksamkeit. Gruppen von Studenten und anderen Erwachsenen entwerfen und bauen ihre eigenen Autos, mit denen sie an diesen Wettbewerben teilnehmen. Außerdem investieren große Automobilunternehmen Geld und Forschung in die solargetriebenen Autos der Zukunft. Schülerinnen und Schüler erfahren in der vorliegenden Aufgabe, wie wichtig es ist, Solarenergie für den Transport zu verwenden, und behandeln gleichzeitig relevante mathematische und physikalische Themen. Sie bearbeiten mehrere Aufgabenstellungen in Mathematik, Physik und Technik und wenden dabei ihr Wissen in diesen drei Disziplinen an. Ausgehend von bestehendem Wissen entwerfen, bauen und bedienen die Schülerinnen und Schüler ein Modellsolarauto.

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Keimbedingungen

 Bei dieser Aufgabe experimentieren die SchülerInnen nicht selbst. Stattdessen forschen sie auf der Grundlage einer Datensammlung in Gestalt von Versuchstagebüchern, in denen andere SchülerInnen Keimungsversuche unter verschiedenen Bedingungen protokolliert haben. Die Aufgabe besteht darin, durch die Analyse dieser Protokolle innere und äußere Bedingungen für die Keimung herauszufinden. Die SchülerInnen arbeiten in Gruppen und werden durch Forschungsfragen geleitet.

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Tierspuren

Was ist hier passiert? Wie viele Tiere waren hier? Was haben sie gemacht? Welche Tiere waren es? Waren sie alle gleichzeitig hier? Diese Aufgabe fördert sowohl die Kreativität als auch die Fähigkeit, Beobachtetes zu interpretieren. Ziel ist es, an das Umweltwissen der SchülerInnen anzuknüpfen und sinnvollerweise zur Nahrungskette überzuleiten. Die Aufgabe hat nicht nur eine richtige Lösung, sondern ganz unterschiedliche. Die Ideen und Vermutungen der SchülerInnen stellen einen guten Ausgangspunkt für das Argumentieren und Diskutieren dar.

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Voraussetzungen für das Pflanzenwachstum?

Wenn man im Frühling Samen sät, wird man nach kurzer Zeit ein kleines Pflänzchen entdecken. Am Ende des Sommers kann man vielleicht sogar schon die ersten Tomaten, Möhren oder Erbsen von dieser Pflanze ernten. Aber was bringt die Pflanzen zum Wachsen?

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Der Pflanzendetektiv

Die SchülerInnen bekommen als Pflanzendetektiv Sherlock Holmes einen neuen, schwierigen Auftrag. Sie werden aufgefordert, eine Pflanze zu finden, die verschwunden ist. Um die Aufgabe lösen zu können, müssen sie an dem Detektivkurs “Die Kunst, botanische Hinweise zu nutzen“ teilnehmen.

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Schwimmen ohne Risiko? – Wie sauber ist unser Wasser?

In dieser Unterrichtseinheit beschäftigen sich die Schülerinnen und Schüler mit Richtlinien und Kriterien, die zur Kontrolle der Sauberkeit von Badegewässern gelten. Im Besonderen wird der Kriterienkatalog der „Blauen Flagge“ behandelt. Die Schülerinnen und Schüler erarbeiten sich die biologischen, chemischen und physikalischen Parameter, die für eine Beurteilung von Bedeutung sind. Abschluss der Aufgabe ist die Anfertigung eines Berichts über die Qualität eines lokalen Badegewässers.

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Autoabgase: Ein Auto mit „Baum inklusive“ kaufen?

In dieser Unterrichtseinheit erforschen die Schüler, wie Pflanzen den durch Kraftfahrzeuge erzeugten CO2 Ausstoß absorbieren können. Ausgehend von einer Werbung eines Automobilherstellers analysieren sie die Informationen der Website kritisch und erstellen auf der Grundlage von  mathematischen Berechnungen und wissenschaftlichen Fakten einen Bericht.Während der ganzen Unterrichtseinheit werden die Schülerinnen und Schüler einfache Berechnungen (wahlweise mit Excel) durchführen, statistische Maße wie z.B. den Mittelwert bestimmen, den Prozess der Fotosynthese und beeinflussende Faktoren untersuchen, Diagramme qualitativ analysieren und interpretieren sowie Oberflächen und Volumen bestimmen.

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Die Wasserverknappung bekämpfen – die Umwelt nachhaltig schützen

13 % der Weltbevölkerung leben in Europa, doch nur 8 % der weltweiten Wasservorkommen sind auf diesem Kontinent verfügbar. Wie können wir Wasserknappheit reduzieren, Wasserverschmutzung verhindern und unsere Wasserressourcen nachhaltig schützen? Schüler und Lehrer, Politiker und Experten, Wissenschaftler und politische Entscheidungsträger gleichermaßen stehen vor diesen zentralen Aufgaben. In dieser Unterrichtseinheit können Schülerinnen und Schüler Konzepte und Verfahren rund um das Thema Wasser und Wasserknappheit entdecken und erarbeiten. Dabei soll versucht werden, die nachstehende Fragestellung zu beantworten: „Kann die Wasserknappheit in Europa reduziert werden?“ Die Schülerinnen und Schüler lösen verschiedene Aufgaben aus den Bereichen Mathematik und Naturwissenschaft und wenden dabei ihr Wissen aus beiden Disziplinen an. Durch neue Erkenntnisse und interdisziplinäre Aktivitäten entwickeln die Schüler auf persönlicher und nationaler Ebene eine umfassende Strategie zur Bekämpfung der Wasserknappheit.

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Gefahr für die Artenvielfalt: Gute Gänse – Böse Gänse?

Die Vereinten Nationen haben 2010 zum “Internationalen Jahr der Artenvielfalt” erklärt, um auf den weltweit akut drohenden Verlust der biologischen Vielfalt von Tieren und Pflanzen aufmerksam zu machen. Nach Schätzungen sterben täglich 130 Arten aus. Die Sicherung der biologischen Vielfalt gehört zu den großen Herausforderungen des 21. Jahrhunderts. Am Beispiel der Populationsentwicklung der Graugänse in den Niederlanden gewinnen die Schülerinnen und Schüler mit dieser Aufgabe einen Einblick in Themen der Biodiversität. Unter anderem beschäftigen sie sich mit folgenden Fragestellungen: Was ist biologische Vielfalt? Wie kann sie erfasst werden? Warum muss und wie kann biologische Vielfalt erhalten werden?

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Schaukeln aus Eisen

Diese unstrukturierte Aufgabe kann dazu herangezogen werden, mit den SchülerInnen das Rosten von Eisen und damit verbundene Vorgänge zu erarbeiten. Zunächst tragen die SchülerInnen in einer Gruppenarbeit mögliche Bedingungen zusammen, die vermutlich Rost hervorrufen. Danach planen sie einen entsprechenden Versuch und führen diesen durch.

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Man ist, was man isst?

Diese Unterrichtseinheit behandelt den Energiehaushalt des menschlichen Körpers. Die Schülerinnen und Schüler untersuchen die Lebensmittel, die sie zu sich nehmen und berechnen die Energie, die sie in alltäglichen Aktivitäten und bei zusätzlicher Bewegung verbrauchen. Außerdem ermitteln sie, welchen Einfluss die verschiedenen Nährstoffe auf den Energiegehalt verschiedener Nahrungsmittel haben. Abschließend stellen die Schülerinnen und Schüler Überlegungen dazu an, wie sie sich gesünder ernähren können und wie viel Bewegung sie brauchen, um die Energie zu verbrauchen, die sie durch das Essen zu sich nehmen.

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Sulfate im Salzwasser

 

In dieser Aufgabe soll die Sulfat - Konzentration im Salzwasser eforscht werden. Sie beinhaltet Anwendungen aus verschiedenen Bereichen der Chemie, wie z. B. die Sulfat- Probe und Trennverfahren, fordert aber vor allem dazu auf, Kompetenzen des forschenden Lernens auszubauen und weiterzuentwickeln. Die SchülerInnen werden dazu aufgefordert, eine Methode zu entwerfen, mit der sie bestimmen können, wie der Sulfat - Anteil entlang der Küste innerhalb eines bestimmten Areals variiert.

 

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