Diese Unterrichtseinheit zum Thema erneuerbare Energien und Wetter basiert auf dem digitalen Lernspiel "Katis Strom-O-Mat". Die Unterrichtseinheit kann gut durch reale Experimente ergänzt werden.Erneuerbare Energien tragen in immer größerem Umfang zu unserer Stromversorgung bei. Auf vielen Hausdächern finden sich Solarmodule, und wer übers Land reist, sieht häufig Windkrafträder. Gerade bei den Windrädern ist es gut zu sehen: Sie produzieren nur Strom, wenn der Wind weht. Sonst stehen sie still. Dass erneuerbare Energien vom Wetter abhängig sind, ist das Kernthema des Online-Spiels "Katis Strom-O-Mat". Die Kinder müssen die Solarmodule nach dem Sonnenstand und das Windrad entsprechend der Windrichtung ausrichten. Bei ruhigem Wetter ist das kein Problem. Aber an manchen Tagen kann einem schon schwindelig werden, so schnell ändert sich das Wetter.Erneuerbare Energien sind in zunehmendem Maße im Alltag der Kinder präsent. Daher knüpft die Unterrichtseinheit in vielen Punkten an Begegnungen und Erfahrungen der kindlichen Lebenswelt an. Nach einem einführenden Gespräch rund um das Thema "Erneuerbare Energien" können die Kinder das Lernspiel "Katis Strom-O-Mat" ausprobieren. Es macht den Kindern grundlegende Aspekte erneuerbarer Energien begreiflich und animiert sie, das Thema anhand realer Versuche abseits des Computers zu vertiefen. Arbeit mit dem Lernspiel: Virtuelle Stromerzeugung Die Kinder bedienen Katis Stromerzeugungsmaschine und sorgen dadurch für den Betrieb von Radio, Lampe, Fön und Backofen. Erneuerbare Energien erforschen abseits des Computers Das virtuelle Ausprobieren kann gut mit Forschungsaktivitäten abseits des Computers kombiniert werden. Pädagogische Leitlinien der Stiftung Begleiten und unterstützen Sie die Kinder in ihrer natürlichen Neugier an Phänomenen aus ihrem Alltag. Fachkompetenz Die Schülerinnen und Schüler wissen, dass man mit Sonne, Wind und Wasser Strom erzeugen kann. erfahren, dass die Stromerzeugung vom Wetter abhängt. erfahren, dass verschiedene Verbraucher unterschiedlich viel Strom benötigen. lernen, dass Energie umgewandelt werden kann. Sozialkompetenz Die Schülerinnen und Schüler treffen Vereinbarungen über die Nutzung der zur Verfügung stehenden Computer. Da erneuerbare Energien in zunehmendem Maß auch im Alltag präsent sind, kann gut an das Vorwissen der Kinder angeknüpft werden. Dabei sollte auf regionale Gegebenheiten Rücksicht genommen werden. Steht in der Nähe eine Windkraftanlage? Oder gibt es eine Staumauer in erreichbarer Nähe? Vielleicht gibt es ja Kinder, auf deren Zuhause Solarzellen montiert sind? Was wissen die Kinder bereits darüber? Wie würden die Kinder eine Stromerzeugungsmaschine bauen? Zugang Das Lernspiel "Katis Strom-O-Mat" ist integriert in einen interaktiven Forschergarten, der die Kinder zu eigenständigen Entdeckungsreisen animiert. Die Figuren Juli und Tim begleiten sie dabei. Zum Spiel gelangt man über verschiedene Zugänge: über das Icon mit Kati an ihrem "Strom-O-Mat" haben Sie direkten Zugang zum Spiel (Abbildung 1, zum Vergrößern bitte anklicken). Wenn Sie im Gartenkompass (Menüpunkt am unteren Rand des Bildschirms) auf "Ausprobieren" klicken, gelangen Sie zu einer Übersicht über alle Lernspiele der Seite. Dort gibt es auch einen Link zu Katis Strom-O-Mat. Technische Hinweise Für die Nutzung der Lernspiele auf der Kinder-Website muss der kostenlose Adobe Flash Player installiert sein. Aufgrund der grafischen Benutzeroberfläche kann es beim erstmaligen Öffnen der Seite zu einer längeren Ladezeit kommen. Die Dauer hängt von Ihrer Internetverbindung ab. Ist die Seite einmal geladen, ist die Navigation einfach und schnell möglich. Einführende Geschichte Wie jedes Lernspiel in der Forscherwelt, so beginnt auch Katis Strom-O-Mat mit einer Geschichte. Der Inhalt der Geschichte wird im Spiel selbst aufgegriffen und weitergeführt. Das Intro kann auch übersprungen werden. Tutorial erläutert die Bedienung Das Spiel selbst beginnt mit einem Tutorial, das Schritt für Schritt die Bedienelemente erläutert. Für die Bedienung des Strom-O-Mats stehen punktförmige Klickflächen zur Verfügung. Die Solarzellen und die Windkraftanlage können so ausgerichtet werden. Das Wasserkraftwerk lässt sich mit einem entsprechenden Klickpunkt einschalten. Angezeigt werden zudem der Sonnenstand, der sich entsprechend der Tageszeit ändert, und das Wetter in Form von ziehenden Wolken, aus denen es auch mal regnen kann. Das Wetter ändert sich ständig Nach einem einführenden Tutorial stehen den Kindern vier verschiedene Schwierigkeitsstufen zur Verfügung. Je nach Stufe ändert sich einerseits die Häufigkeit der Wetterwechsel, andererseits aber auch das Maß des benötigten Stroms. Die Kinder lernen also, dass die Stromerzeugung aus erneuerbaren Energien von den Wetterverhältnissen abhängt. Sie lernen auch, dass unterschiedliche Stromverbraucher (Lampe, Radio, Fön und Herd) unterschiedlich viel Strom verbrauchen. Dokumente zum Ausdrucken Wer mag, kann sich nach Abschluss von Schwierigkeitsstufe vier eine Urkunde ausdrucken und damit belegen, dass sie oder er Katis Strom-O-Mat erfolgreich beendet hat. Meinung der Kinder Sprechen Sie mit den Kindern über Katis Strom-O-Mat. Hat er so funktioniert, wie sie es erwartet haben? Was war anders? Kennt jemand Unterschiede zu echten Solarzellen, Windkraftanlagen oder Wasserkraftwerken? Welche sind das? Reduziertes Abbild der Realität Natürlich kann das Spiel die Realität nicht eins zu eins abbilden. Folgende Aspekte sollten im Anschluss thematisiert werden: Solarzellen In der Praxis gibt es nur sehr wenige Solaranlagen, die der Sonne nachgeführt werden. Dementsprechend schwankt die Stromausbeute mit dem Tagesverlauf stark. Und bei schlechtem Wetter liefern echte Solarzellen nur sehr wenig Strom. Das ist im Spiel anders, damit die Kinder leichter ihr Ziel erreichen können. Windkraftanlage Echte Windkraftanlagen richten sich automatisch in Windrichtung aus. Sie müssen also nicht von Hand nachgestellt werden, wie das im Spiel der Fall ist. Wasserkraft Natürlich kann man Wasserkraft nur nutzen, wenn es vorher geregnet hat. Aber in der Praxis ist der räumliche und zeitliche Zusammenhang nicht so eng, dass man eine Anlage einschaltet wenn es regnet. Der Niederschlag kann schon vor langer Zeit in einer ganz anderen Region gefallen sein. Zum Beispiel wenn mit einer Staumauer das Wasser gespeichert wird, das zu Beginn des Winters als Schnee in den Bergen fiel. Wetter Der Monat April ist berühmt für seine Wetter-Eskapaden. Das ist aber noch gar nichts gegen Level 4 bei Katis Strom-O-Mat, wo sich stündlich die Windrichtung und Bewölkung ändert. So wird das Spiel anspruchsvoller. Realistisch sind diese Wetterwechsel natürlich nicht. Speicherung Das Stromangebot aus erneuerbaren Energien hängt vom Wetter ab und passt nicht unbedingt zum Bedarf der Verbraucher. Wohin also mit dem Strom aus Windkraftanlagen einer windigen Nacht? Wie kann der Strom gespeichert werden? Dies ist derzeit das größte Problem beim Ausbau der erneuerbaren Energien. Pumpspeicherkraftwerke können dieses Ungleichgewicht nur zu einem kleinen Teil abpuffern. Hilfreiche Texte Im Rahmen der Nachbesprechung können folgende Texte, die sich auch in der Forscherwelt befinden, hilfreich sein. Für besonders wissbegierige Kinder stehen auf der Kinder-Website weiterführende Lesetexte zur Verfügung. Sie sind aus dem Spiel über den Link "Mehr erfahren" zugänglich. Oder über den Knopf "Gartenkompass" am unteren Rand des Bildschirms. Die Kraft der Sonne sichtbar machen Es gibt verschiedene Möglichkeiten, die Kraft der Sonne spürbar oder sichtbar zu machen. Am einfachsten geht es mit Solarspielzeug, bei dem der Strom der integrierten Solarzellen einen Motor antreibt. Je nachdem, was der Motor antreibt, dreht sich zum Beispiel der Rotor eines Spielzeughubschraubers oder fährt ein kleines Auto los. Muss die Solarzelle direkt auf die pralle Sonne gerichtet sein? Was passiert, wenn die Ausrichtung zur Sonne geändert wird? Und funktioniert die Solarzelle auch mit künstlichem Licht? Der Steh-auf-Luftballon Sie brauchen eine große leere Flasche. Die Flasche muss zu Beginn möglichst kalt sein. Lassen Sie die Kinder einen Luftballon über die Öffnung stülpen. So ausgestattet muss die Flasche nun in die Sonne gelegt oder gestellt werden. Die Sonnenstrahlen erwärmen die Luft in der Flasche. Dadurch dehnt sich die Luft aus. Da sich die Flasche nicht oder nur sehr gering ausdehnt, strömt die Luft in den Ballon und beginnt, ihn aufzupusten. Überlegen Sie mit den Kindern, wie dieser Effekt verstärkt werden kann. Wie kann möglichst viel Wärme eingefangen werden? Lassen Sie die Kinder mit weißem und schwarzem Papier experimentieren. Vielleicht wird jemand von selbst auf die Idee kommen, schwarzes Papier in die Flasche zu legen. Spielt die Größe der Flasche eine Rolle? Lassen Sie es die Kinder ausprobieren. Der Solar-Bräter Kleiden Sie mit den Kindern das Innere eines Brotkorbs mit Alufolie aus, stechen Sie einen langen Nagel von hinten durch die Mitte, auf den Sie dann zum Beispiel ein Stück Käse oder einen Marshmallow stecken. Richten Sie den "Solar-Bräter" nach der Sonne aus und warten Sie, bis es brutzelt. Wenn genügend Sonnenstrahlung vorhanden ist und die Ausrichtung passt, kann man zuschauen wie sich das "Bratgut" verändert. Spätestens, wenn die Kinder Katis Strom-O-Mat bedient haben, wissen sie, dass man mit Windrädern Strom erzeugen kann. Das ist bereits eine erste Lernerfahrung. Die Funktionsweise ist für Kinder im Grundschulalter allerdings sehr abstrakt. Anhand eines einfachen Modells, das die Kinder selbst basteln können, lässt sich praktische Forschung betreiben. Dadurch ergeben sich zusätzliche Lernerfahrungen: Nicht nur der Wind kann Dinge bewegen, auch das Wasser kann etwas in Bewegung setzen. Wasserräder und Wassermühlen drehen sich aufgrund der Kraft des fließenden Wassers. Dabei wird die geradlinige Bewegung des Wassers in eine Drehbewegung übersetzt. Über einen Generator kann diese Drehbewegung in Strom umgewandelt werden. Für Juli, Tim und die anderen Kinder in der virtuellen Forscherwelt ist ein Stromausfall der Anlass zur Beschäftigung mit Katis Strom-O-Mat. Auch in der Realität bietet ein Tag ohne Strom zahlreiche Gesprächs- und Handlungsanlässe. Es gibt kein elektrisches Licht, es können keine elektrischen Geräte benutzt werden und die Heizung bleibt kalt. Am eindrucksvollsten ist es, wenn für diesen Tag tatsächlich die entsprechenden Sicherungen ausgeschaltet werden - so können die Mädchen und Jungen durch eigenes Ausprobieren direkt überprüfen, welche Geräte Strom benötigen und welche nicht, und auch ein Schummeln ist ausgeschlossen. Auch wenn ein gewisser Aufwand damit verbunden ist, der Besuch von echten Anlagen zur Gewinnung erneuerbarer Energien lohnt sich. Sicherlich steigt dadurch die Motivation zur Beschäftigung mit dem Thema. Und die Kinder bekommen eine Vorstellung von den Dimensionen echter Anlagen. Vielleicht gibt es ja auch Eltern, die eine Solaranlage auf dem eigenen Dach haben und diese gern zeigen und erläutern. Oder sie wenden sich an den regionalen Stromversorger. Viele Stadtwerke engagieren sich im Bildungsbereich und bieten Führungen an. Naturwissenschaftliche und technische Phänomene sind Teil der Erfahrungswelt von Kindern: Morgens klingelt der Wecker, die Zahncreme schäumt beim Zähneputzen, das Radio spielt Musik, der heiße Kakao dampft in der Tasse, auf dem Weg zur Schule werden blühende Blumen beobachtet, die gestern noch geschlossen waren. Kinder wollen ihre Welt im wahrsten Sinne des Wortes "begreifen" und mehr über Naturphänomene erfahren. Diese vielfältigen Anlässe im Alltag der Kinder lassen sich auch für die pädagogische Arbeit nutzen. Die Fragen der Kinder spielen deshalb beim Forschen und Experimentieren eine zentrale Rolle. Die Bildungsinitiative "Haus der kleinen Forscher" möchte vor allem Lernfreude und Problemlösekompetenzen fördern. Dabei sollen Kinder gerade nicht nach Erwachsenenverständnis "richtige" Erklärungen für bestimmte Phänomene lernen und diese auf Abruf wiedergeben können. Vielmehr möchte die Stiftung Pädagoginnen und Pädagogen Möglichkeiten an die Hand geben, um die Kinder bei einem forschenden Entdeckungsprozess zu begleiten. Dazu gehören unter anderem das Beobachten, Vergleichen und Kategorisieren, das sich Kinder zunutze machen, um die Welt um sich herum zu erkunden. Die Stiftung "Haus der kleinen Forscher" hat folgendes Bild vom Kind. Es prägt das pädagogische Handeln und beinhaltet die Vorstellung darüber, auf welche Weise Kinder lernen: Kinder sind reich an Vorwissen und Kompetenzen. Kinder wollen von sich aus lernen. Kinder gestalten ihre Bildung und Entwicklung aktiv mit. Jedes Kind unterscheidet sich durch seine Persönlichkeit und Individualität von anderen Kindern. Kinder haben Rechte. Bildung als sozialer Prozess Bildung ist ein sozialer Prozess. Kinder lernen im Austausch mit und von anderen, durch Anregung, durch individuelle Erkundung und durch gemeinsame Reflexion. Kinder lernen nicht nur von Erwachsenen, sondern auch mit und durch Zusammenarbeit mit anderen Kindern. Der pädagogische Ansatz der Stiftung ist von den zwei pädagogischen Leitlinien Ko-Konstruktion und Metakognition geprägt. Ko-Konstruktion Ko-Konstruktion bedeutet, dass Kinder durch die Zusammenarbeit mit anderen lernen. Lernprozesse sollten grundsätzlich von Kindern und pädagogischen Fachkräften gemeinsam "konstruiert" werden. Metakognition Während der gemeinsamen Gestaltung von Bildungsprozessen kann mit den Kindern thematisiert werden, dass sie lernen, was sie lernen und wie sie lernen. Dies geschieht über die Auseinandersetzung mit den eigenen kognitiven Prozessen (Gedanken, Meinungen, Einstellungen und so weiter), also das Wissen einer lernenden Person über ihr Wissen, ihre neugewonnenen Erkenntnisse und den Weg dorthin. An das Vorwissen der Kinder anknüpfen Die pädagogischen Fachkräfte bekommen eine Vorstellung von den Vorerfahrungen und Gedankengängen der Kinder, wenn sie ihnen genau zuhören, sie beobachten und nach ihren eigenen Vermutungen fragen. Mit den Kindern sprechen Die pädagogischen Fachkräfte unterstützen die Kinder durch Dialoge, den nächsten geistigen Entwicklungsschritt zu machen. Nicht erklären, sondern (hinter-)fragen! Die Kinder zum Nachdenken anregen Wenn Kinder einmal vermeintlich "falsche" Konzepte heranziehen, zum Beispiel "Der Strom ist schwarz", dann wird daraus ersichtlich, wo das Kind gerade steht. Aufgabe ist es, Kinder bei geeigneter Gelegenheit darauf aufmerksam zu machen, dass es zum Beispiel auch weiße Kabel gibt. Die pädagogische Fachkraft bringt die Kinder auf diese Weise dazu, selbst eine neue Theorie zu entwickeln. Kindern (Frei-)Raum zum Forschen geben Auf der Internetseite der Stiftung finden Sie unter "Forschen - Pädagogik - Pädagogischer Ansatz" Tipps zur Gestaltung von Forscherräumen in der Kita, welche auch auf Grundschulen übertragbar sind. Die gemeinnützige Stiftung "Haus der kleinen Forscher" unterstützt seit 2006 pädagogische Fachkräfte dabei, den Forschergeist von Mädchen und Jungen qualifiziert zu begleiten. Die Bildungsinitiative startete zunächst mit dem Fokus auf Kindern im Kindergartenalter. Seit 2011 können auch Horte und Grundschulen beim "Haus der kleinen Forscher" mitmachen. Die pädagogischen Leitlinien gelten für beide Zielgruppen. Die Themen und Phänomene, die die Kinder interessieren, bleiben ähnlich oder dieselben - egal ob Kita-Kind, Grundschul-Kind oder große Forscherin. Allerdings nimmt die Komplexität der Inhalte zu, um sie an die Kompetenzen und das höhere Vorwissen der sechs- bis zehnjährigen Kinder anzupassen. Ältere Kinder haben eine andere Verständnisebene - aus Staunen soll Verstehen werden.