In dieser interaktiven Unterrichtseinheit lernen die Schülerinnen und Schüler Tiere im und rund um den Teich kennen. Das Leben im und um den Teich herum zu erforschen ist für viele Schulkinder ein spannendes Abenteuer. Leider können viele es nicht praktisch erleben, weil es in der Nähe ihrer Schule keine entsprechenden Gewässer gibt. Mit kindgerechten Internetseiten zum Thema kann man diesem Problem begegnen.Teiche, Seen und Weiher sind artenreiche Biotope. Sie sind Lebensraum vieler Tiere und Pflanzen. Nicht nur Wasser ist für sie besonders wichtig – egal ob für die Nahrungssuche, zur Fortpflanzung oder einfach zum Trinken. Das dichte Schilf der Uferböschung, Wasserpflanzen und kleine Sträucher in der Nähe des Teiches bieten auch Schutz für unterschiedliche Vögel, Insekten und kleine Säugetiere. An stehenden Gewässern wimmelt es nur so von Leben! Es lohnt sich also, den Teich mit Schülerinnen und Schülern genauer unter die Lupe zu nehmen. Da nicht jede Schule einen Schulteich hat und auch eine Exkursion zu einem Teich nicht immer möglich ist, untersuchen die Lernenden den Lebensraum Teich in dieser Unterrichtseinheit mithilfe verschiedener Arbeitsblätter. Diese können größtenteils in beliebiger Reihenfolge bearbeitet werden. So lernen die Schülerinnen und Schüler Insekten, Amphibien und Reptilien, Vögel sowie Säugetiere kennen, die sich in der Nähe stehender Gewässer wohl fühlen. Das Booklet enthält zudem eine Checkliste, mithilfe derer die Lernenden überblicken können, welche Arbeitsblätter bereits bearbeitet wurden. Einer möglichen Stationenarbeit steht so nichts mehr im Wege. Ergänzt werden kann die Unterrichtseinheit durch passende Experimente oder selbstverständlich durch einen Ausflug zum nächstgelegenen Teich, See oder Weiher. Das Thema "Lebensraum Teich" im Unterricht Als artenreiche Biotope bereichern Teiche, Seen, Weiher und andere stehende Gewässer unsere Lebenswelt. Besonders für Kinder sind diese Naherholungsorte spannend. Hier können sie ihrem Entdeckergeist freien Lauf lassen, interessante Pflanzen bestaunen, das Wasser untersuchen und Tiere aller Art beobachten. Da es in der Schule nicht immer möglich ist, die Anschauungsobjekte in Natura zu bestaunen, wird den Schülerinnen und Schülern der Teich in dieser Unterrichtseinheit näher gebracht. Sie lernen Insekten und Spinnentiere, Amphibien und Reptilien, Vögel sowie Säugetiere kennen, die Teil des Ökosystems Teich sind. Vorkenntnisse Inhaltliche Vorkenntnisse benötigen die Lernenden nicht, wobei interessierte Kinder mit Sicherheit schon einmal mit dem Lebensraum Teich in Kontakt getreten sind. Vielleicht haben sie auch einen Gartenteich, waren schon einmal an einem Teich in der Nähe oder haben Urlaub an einem See gemacht. Didaktische Analyse In der Unterrichtseinheit werden einzelne Insekten, Spinnentiere, Amphibien, Reptilien, Vogelarten und Säugetiere näher untersucht. Da am Teich eine Vielzahl von Tieren und Insekten lebt, können nur ausgewählte im Unterricht thematisiert werden. Die Schülerinnen und Schüler befassen sich auf den Arbeitsblättern mit den prominentesten Bewohnerinnen und Bewohnern des Teiches. Methodische Analyse Die Schülerinnen und Schüler gehen in dieser Unterrichtseinheit mithilfe von Links und QR-Codes selbst auf Spurensuche. Die kindgerechte Website NAJUversum hält viele spannende Informationen bereit, die sie zur Bearbeitung der Arbeitsblätter recherchieren. Gezielt werden die Lernenden auf die richtige Webseite geführt, sodass die Internet-Recherche altersangemessen geübt wird. Die Aufgabenstellungen sind dabei abwechslungsreich, sodass nicht nur Forscherinnen und Forscher, sondern auch Künstlerinnen und Künstler sowie Autorinnen und Autoren auf ihre Kosten kommen. Experimente, die ergänzend eingesetzt werden, bereichern den Unterricht. Sie machen Schülerinnen und Schülern nicht nur besonders viel Spaß, sondern veranschaulichen auch komplexe Lerninhalte besonders gut. Fachkompetenz Die Schülerinnen und Schüler lernen Insekten, Spinnentiere, Amphibien, Reptilien, Vögel und Säugetiere kennen, die am und im Teich leben. erfassen den Lebensraum Teich als komplexes Ökosystem. führen einfache Experimente selbstständig durch. wissen, wie sie sich bei einem Besuch an einem Teich, See oder Weiher verhalten. Medienkompetenz Die Schülerinnen und Schüler führen gezielte Recherchen im Internet durch und nutzen das Internet als Informationsquelle. präsentieren ihren Mitschülerinnen und Mitschülern ihre Recherche-Ergebnisse. Sozialkompetenz Die Schülerinnen und Schüler hören einander zu. gehen respektvoll mit den Beiträgen ihrer Mitschülerinnen und Mitschüler um. tragen alle zu einem ruhigen, lernförderlichen Arbeitsklima bei. führen Experimente in Gruppen durch.

Die Lernenden erlangen – beziehungsweise erweitern – Fähigkeiten im Bereich des kritischen Denkens mithilfe der spielbasierten Lernumgebung MINT-Town. In den drei browserbasierten Szenarien der Lernumgebung werden sie mit einem fachübergreifenden (Eutrophierung eines Teiches) und zwei chemiespezifischen Problemkontexten (Synthese von Apfelester & Hydrolyse von Fetten) konfrontiert, welche sie im Laufe der Szenarien schrittweise lösen.In dieser Unterrichtseinheit spielen die Schülerinnen und Schüler die digitale Lernumgebung MINT-Town. MINT-Town besteht aktuell aus drei inhaltlich aufeinander aufbauenden Teilen, in denen die Lernenden jeweils mit einem Problemkontext konfrontiert werden, welchen sie schrittweise lösen müssen. Dabei durchlaufen die Lernenden Phasen des Problemlösens (Problem verstehen, Problem charakterisieren, Problem lösen) und müssen verschiedene Teilfähigkeiten des kritischen Denkens (zum Beispiel Analyse von Argumenten, Beobachten, logisches Schlussfolgern) einsetzen, um zu einer Problemlösung zu gelangen. Die Lernumgebung kann sowohl lokal als auch mobil in gängigen Windows- und Android-Browsern ausgeführt werden. Zum Spielen wird eine Internetverbindung benötigt. Im ersten Szenario "MINT-Town Tutorial" machen sich die Schülerinnen und Schüler zunächst mit der Steuerung vertraut und werden dann mit dem Problem eines eutrophierten Teiches konfrontiert. Sie sammeln durch Interaktion mit der virtuellen Welt, darin enthaltenen Gegenständen sowie Nicht-Spieler-Charakteren Informationen, welche ihnen bei der Charakterisierung und der anschließenden Lösung des Problems helfen. Das zweite Szenario "Apfelhain" konfrontiert die Spielenden mit einer Situation, in der Wespen mithilfe von Apfelester weggelockt werden müssen. Dieser steht allerdings nicht einfach zur Verfügung, sondern muss zunächst aus einer Carbonsäure und einem Alkohol mithilfe einer Kondensationsreaktion synthetisiert werden. Die Spielenden müssen auch hier schrittweise alle nötigen Informationen sammeln und auf dieser Basis in einer Multiple-Choice Abfrage geeignete Schlussfolgerungen auswählen, um die passende Lösungsstrategie zu finden. Diese wird nach dem Sammeln aller notwendigen Gegenstände in Form einer Ester-Synthese im virtuellen Labor umgesetzt. Die Spielenden müssen ihr Produkt anschließend virtuell herausdestillieren, indem sie die richtige Siedetemperatur herausfinden und angeben. Danach kontrollieren sie das Produkt mit dem Brechungsindex, welchen sie in einem Laborbuch abgleichen können. Die Schülerinnen und Schüler lernen hier neben den fachlichen Inhalten auch wichtige Vorgehensweisen bei einer Laborsynthese (virtuell) kennen. Sie kommen dadurch zudem zu der Erkenntnis, dass nach einer Synthese nicht immer gleich das fertige Produkt vorliegt, sondern weitere Schritte nötig sind, um dieses in reiner Form zu erhalten. In einem abschließenden Dialog mit einem Nicht-Spieler-Charakter reflektieren die Spielenden noch einmal ihre Vorgehensweise bei der Problemlösung. Im dritten Szenario "Bergregion" werden die Spielenden mit einer neuen Problemsituation konfrontiert, in der sie durch den Einsatz von Nitroglycerin einen Tunnel freisprengen sollen. Das Nitroglycerin liegt allerdings nicht von Anfang an vor, sondern muss von einem Nicht-Spieler-Charakter synthetisiert werden. Von diesem werden die Spielenden im Rahmen einer Quest losgeschickt, um Glycerin zu beschaffen, welches mithilfe einer sauren Ester-Hydrolyse aus einem fetten Öl (Raps) gewonnen werden soll. Auch in diesem Szenario gibt es verschiedene Multiple-Choice-Abfragen, in denen beispielsweise das Problem schrittweise charakterisiert oder eine Quelle auf Glaubwürdigkeit untersucht werden muss. Die Spielenden gelangen gegen Ende des Szenarios zu der Erkenntnis, dass die saure Hydrolyse die entgegengesetzte Reaktion der Ester-Synthese ist, und viele chemische Reaktionen nicht nur in eine Richtung ablaufen. Wie man dieses chemische Gleichgewicht beeinflussen kann, wird hier noch nicht thematisiert.Sowohl das "Tutorial" als auch das Szenario "Apfelhain" sind so aufgebaut, dass sie sich vorwissensunabhängig bearbeiten lassen. Das Szenario "Bergregion" knüpft hingegen thematisch an das Szenario "Apfelhain" an, sodass ein separater Einsatz nur zu empfehlen ist, wenn das Thema Ester-Synthese vorher im Unterricht behandelt wurde. Die chemiespezifischen Szenarien "Apfelhain" und "Bergregion" lassen sich beispielsweise im "Rahmenlehrplan Teil C Chemie" für Berlin/Brandenburg im Themenbereich 3.12 "Ester – Vielfalt der Produkte aus Alkoholen und Säuren" der Klassenstufe 10 verorten (Senatsverwaltung für Bildung, Jugend und Familie, 2015). Sie fokussieren das "Basiskonzept der chemischen Reaktion". Nach dem Spielen beider Teilszenarien sollten die Lernenden ein erstes Verständnis dafür entwickelt haben, dass nicht alle chemischen Reaktionen vollständig ablaufen und sich einige Reaktionen umkehren lassen. Die Faktoren zur Beeinflussung des Gleichgewichts zwischen Hin- und Rückreaktion werden in den Lernumgebungen nicht thematisiert. Zudem werden zwar Summenformeln und funktionelle Gruppen der eingesetzten Stoffe benannt, auf konkrete Reaktionsgleichungen wird aber zugunsten allgemeiner Wortgleichungen verzichtet. Es empfiehlt sich, entweder nach dem Spielen beider Teilszenarien oder nach jedem einzelnen Teilszenario eine Sicherungsphase durchzuführen, in der allgemeine Erkenntnisse entsprechend festgehalten werden. Denkbar wäre auch ein Einsatz in der Qualifikationsphase (11) in den Themenbereichen 3.1.4 "Grundlagen der organischen Chemie", 3.1.5 "Organische Stoffe als Energielieferanten" oder in der Sekundarstufe II (12–13) als Einstieg in den Themenbereich "3.2.5 Chemisches Gleichgewicht" (Senatsverwaltung für Bildung, Jugend und Familie Berlin; Ministerium für Bildung, Jugend und Sport des Landes Brandenburg, 2021), um die "Umkehrbarkeit chemischer Reaktionen als Voraussetzung für das chemische Gleichgewicht" aufzugreifen. Erforderliche digitale Kompetenzen der Lehrenden (nach dem DigCompEdu-Modell) Die Lehrenden sollten in der Lage sein, die digitale Lernumgebung so in ihren Unterricht einzubetten und mit entsprechenden Sicherungsphasen thematisch nachzubereiten, dass die Lernenden einen möglichst großen Lerneffekt haben. Es wird empfohlen, die Szenarien wenigstens einmal selbst getestet oder im besten Fall komplett durchlaufen zu haben (3.1 Lehren). Zudem ist ein grundlegendes Verständnis für den Umgang mit dem jeweiligen Endgerät (Computer, Mobiles Device) nötig. Da die Umgebung im Browser ausgeführt wird, sollte das jeweilige Gerät eine Verbindung mit dem Internet aufweisen. Die Lehrenden sollten gewährleisten, dass allen Lernenden unabhängig von ihrer digitalen Affinität zu den eingesetzten Endgeräten oder von anderen besonderen Bedürfnissen ein Zugang zu der digitalen Lernumgebung ermöglicht wird (5.1 Digitale Teilhabe). Sofern mit dem „Tutorial“ begonnen wird, eignet sich die Lernumgebung grundsätzlich für Selbstgesteuertes Lernen (3.4), welches je nach individuellem Bedarf der Lernenden durch die Lehrenden unterstützt werden kann (5.2 Differenzierung und Individualisierung). Fachkompetenz Die Schülerinnen und Schüler beschreiben chemische Reaktionen anhand von Wortgleichungen. beschreiben Vorgänge, bei denen sich Stoffeigenschaften ändern. beschreiben die Umkehrbarkeit chemischer Reaktionen. 21st Century Skills Die Schülerinnen und Schüler erlangen/festigen Teilkompetenzen des kritischen Denkens. lösen schrittweise Probleme in authentischen Kontexten. Medienkompetenz Die Schülerinnen und Schüler analysieren, interpretieren und bewerten Informationen und Daten kritisch. arbeiten selbstständig mit einer digitalen spielbasierten Lernumgebung. verwenden eine strukturierte Sequenz zur Lösung eines Problems.

In dieser Unterrichtseinheit zum Themenbereich Lagebeziehungen wird beschrieben, wie Grundschullehrkräfte die App "Winkel-Farm" nutzen können, um den Begriff des Winkelfeldes schrittweise einzuführen. Die App und ihr möglicher Unterrichtseinsatz wurden im Rahmen einer Dissertation entwickelt und in einer Grundschulklasse der vierten Klassenstufe erprobt. Der Beitrag entstand im Kontext des von der Deutschen Telekom Stiftung geförderten Programms "Digitales Lernen Grundschule".Mit der App "Winkel-Farm" können Winkelfelder auf anschauliche Weise eingeführt werden. Auf Basis der Betrachtung von Sichtfeldern werden Bestandteile von Winkelfeldern erarbeitet und schrittweise zur dahinter liegenden Mathematik abstrahiert. Ziel dieser Unterrichtseinheit für den Grundschulunterricht ist es, Schülerinnen und Schüler dazu zu befähigen, Winkelfelder zu beschreiben und mit diesen mathematisch zu operieren. Durch konkrete Aufgabenstellungen werden die Schülerinnen und Schüler angeregt, in der App verschiedene Handlungen auszuführen. Anschließend werden diese Handlungen diskutiert und verallgemeinert. Zur App "Winkel-Farm" In der App "Winkel-Farm" ist eine Farm mit Tieren und Menschen dargestellt, die die User ein- und ausschalten können. Je nachdem, ob diese ihre Augen offen oder geschlossen halten, wird ihr Sichtfeld farbig dargestellt. Sowohl die Lebewesen als auch der Hintergrund können verschoben und gedreht werden. Außerdem ist es möglich, über die Tabelle die Reihenfolge der Tiere zu verändern. Des Weiteren können Nutzerinnen und Nutzer in den Winkelfeld-Modus umschalten. Dann werden die Tiere und Menschen nur noch blass dargestellt und ihre Sichtfelder werden deutlich erkennbar als Winkelfelder aufgeführt. Auch diese kann man über ihren Scheitelpunkt verschieben und um den Scheitelpunkt drehen. Abhängig vom Modus kann man Scheitelpunkt und Schenkel an- oder ausschalten und die Sichtbarkeit der Tiere und Menschen beziehungsweise der Gestaltungselemente (wie Grasbüschel, Teich und so weiter) verändern. Didaktisch-methodische Analyse In den im Unterrichtsablauf dargestellten Phasen 1 ("Sichtfelder beschreiben") und 3 ("Sichtfelder vergleichen") führen die Schülerinnen und Schüler verschiedene Handlungen aus. In der ersten Phase geschieht dies noch vorwiegend im Modus der Tiere und Menschen, in der dritten Phase vermehrt im Winkelfeld-Modus. Die App führt die Schülerinnen und Schüler also schrittweise durch den Abstraktionsprozess und ermöglicht dabei stets eine Interaktion mit der realen Winkelsituation. Anschließend werden diese Handlungen diskutiert und verallgemeinert: Was zeichnet sie aus? Wie kann damit die Situation besonders gut beschrieben werden? Dies führt zu einer abstrakteren Sichtweise und ein mathematischer Begriff wird aufgebaut (Phase 2 "Bestandteile von Winkelfeldern") beziehungsweise es wird mit ihm mathematisch operiert (Phase 4 "Operieren mit Winkelfeldern"). Dabei wird auch darauf eingegangen, inwiefern die App die Handlungen der Schülerinnen und Schüler beeinflusst hat und wie dies mit dem mathematischen Begriff in Zusammenhang steht. Fachkompetenz Die Schülerinnen und Schüler beschreiben Sichtfelder von realen Lebenwesen und vergleichen diese miteinander. lernen, reale Winkelsituationen zu analysieren sowie in einem weiteren Schritt zu kontextualisieren und abstrahieren. Medienkompetenz Die Schülerinnen und Schüler nutzen Tablets zur Bearbeitung von Aufgaben in einer App. Sozialkompetenz Die Schülerinnen und Schüler halten sich an die Regeln, die für den Umgang mit Tablets im Unterricht von der Lehrkraft vorgegeben wurden. diskutieren und reflektieren ihre Handlungsergebnisse in der Gruppe.

In dieser Unterrichtseinheit zur Leseförderung lernen die Schülerinnen und Schüler auf einem literarischen Spaziergang durch den Park mit dem Smartphone bedeutende Naturgedichte der deutschen Literatur vom Barock bis zur Gegenwart kennen.Diese Unterrichtseinheit vermittelt Lesekompetenz an außerschulischen Lernorten: Durch den Einsatz des Smartphones werden die Lernenden in einer Exkursion dazu angeregt, einen Park zu erforschen und gleichermaßen Literatur zu entdecken. Zu Blumen und Bäumen, Brunnen und Teichen, Tieren und vielem anderen suchen sie mithilfe vorgegebener Links Gedichte und Lieder im Internet, lesen, hören, sprechen diese und fotografieren dazu passende Motive. Der Park wird dabei mit allen Sinnen genau wahrgenommen, sodass literarische und ästhetische Bildung gleichermaßen entstehen kann. Weiterführende Hintergrundinformationen zu dieser Form der Begegnung mit Literatur finden Sie im begleitenden Fachartikel Geocaching im Park: ein literarischer Spaziergang mit dem Smartphone . Das Thema "Geocaching im Park: ein literarischer Spaziergang mit dem Smartphone" im Unterricht Ein Springbrunnen inmitten eines Rondells, ein Rosengarten mit Wasserbecken, ein Tiergehege, mächtige Bäume – und hier und da ein Löwenzahn im sorgsam gepflegten Rasen: Zu all diesen und vielen anderen Elementen des Parks gibt es Gedichte, die auch Schülerinnen und Schüler ansprechen. Im Internet lassen sich die Texte in Sekundenschnelle finden, oft ergänzt durch eine Audiodatei oder ein Video. Beim literarischen Spaziergang durch einen nahe gelegenen Park oder Stadtgarten lernen die Schülerinnen und Schüler in dieser Unterrichtseinheit berühmte Gedichte kennen und gewinnen neue, verschiedene Sinne ansprechende Zugänge zu Lyrik. Vorkenntnisse Im Umgang mit dem Smartphone sind die Schülerinnen und Schüler meist fitter als die Lehrkraft. Eine Google-Suche durchführen, ein Foto oder Video aufnehmen, SMS schreiben, Notizen digital festhalten sowie das übliche Grundwissen zu Lyrik – das sind die wesentlichen Voraussetzungen, auf denen diese Unterrichtseinheit beruht. Darüber hinaus müssen die Schülerinnen und Schüler auch über Datenschutzbestimmungen Bescheid wissen, insbesondere über das Recht am eigenen Bild. Genauere Informationen dazu findet man zum Beispiel unter www.klicksafe.de . Vorschläge für Regeln und eine Nutzungsordnung für mobile Endgeräte in der Schule werden bei Lehrer-online gemacht. In dieser Unterrichtseinheit arbeiten die Schülerinnen und Schüler nach dem BYOD-Prinzip (Bring Your Own Device) mit ihren eigenen Geräten. Wichtige Voraussetzungen dafür gilt es vorab verbindlich zu klären: Die mitgebrachten Geräte müssen einen geladenem Akku haben; Fotos, Videos und Tonaufnahmen dürfen nur mit Erlaubnis bzw. gemäß der Aufgabenstellung durch die Lehrperson angefertigt werden; Die Verfügbarkeit von freiem Speicherplatz für die schulische Arbeit muss gewährleistet sein. Didaktische Analyse Im Deutschunterricht aller Stufen spielt Lyrik gemäß den Bildungsplänen, Lehrbüchern sowie als Pflichtthema des Abiturs eine wichtige Rolle. Gedichte in der Schule – das heißt in der Sekundarstufe I meist analysieren und interpretieren mit allem, was so dazugehört: Reimschema und Metrum bestimmen, Stilmittel suchen und benennen, Metaphern und Symbole entschlüsseln, den Titel erläutern, in die literarische Epoche einordnen und so weiter. Die Freude an der Poesie bleibt dabei oft auf der Strecke. Beim literarischen Spaziergang durch den Park sollen die Ziele einer literarischen und ästhetischen Bildung auf andere Weise verfolgt werden. Wie bei einer Rallye oder einer Schnitzeljagd gehen die Schüler zu verschiedenen Stationen im Park, suchen literarische Texte im Internet, stellen thematisch passende Zeichnungen oder Fotografien her, lösen vielfältige Aufgaben allein, zu zweit oder in Kleingruppen. Ihre Medienkompetenz können sie dabei zielgerichtet einsetzen und weiterentwickeln. Methodische Umsetzung Die Lehrkraft gibt den Schülerinnen und Schülern das Arbeitsblatt "Wegweiser" an die Hand und stellt ihnen die weiteren Arbeitsblätter digital zur Verfügung, etwa durch E-Mail-Versand vorab, im virtuellen Klassenzimmer, auf einer Moodle-Plattform oder Ähnliches. Vorab informieren sich die Schülerinnen und Schüler zu Hause über das Thema "Park" und stellen ihr Wissen in Form einer Mindmap zusammen. Der Spaziergang selbst beginnt mit einer kleinen Hausaufgabenabfrage durch ein Quiz. Danach werden die Schülerinnen und Schüler aufgefordert, sich allein oder zu zweit auf den Weg zu machen und die Stationen der Park-Rallye aufzusuchen. Das Prinzip der Individualisierung und Differenzierung des Lernens wird insofern berücksichtigt, als dass die Schülerinnen und Schüler entscheiden können, welche Stationen sie besuchen, wie lange sie dort verweilen und mit wem sie die Aufgaben bearbeiten. Die Resultate der Aufgaben werden auf unterschiedliche Weise gesichert. Das im Literaturunterricht übliche Medium des Schreibens spielt aber eine untergeordnete Rolle. Dass während des Spaziergangs keine anderen Smartphone-Aktivitäten (private Telefonate, SMS, Whatsapp oder Ähnliches) stattfinden dürfen, muss vorab verbindlich vereinbart werden. Fachkompetenz Die Schülerinnen und Schüler lernen bedeutende Naturgedichte der deutschen Literatur vom Barock bis zur Gegenwart kennen und nehmen sie über verschiedene Sinneskanäle auf. setzen sich lesend, hörend, sprechend, zeichnend, fotografierend, filmend mit der Natur im Park und mit thematisch passenden Gedichten auseinander. üben verschiedene Sprechhandlungen ein (Argumentieren/Begründen, ein Interview führen). Medienkompetenz Die Schülerinnen und Schüler nutzen ihr Smartphone zielgerichtet (Recherche, Fotografien, Videos, SMS, Notizen, Audioaufnahme) vergleichen und bewerten mediale Präsentationen von Gedichten im Internet. Sozialkompetenz Die Schülerinnen und Schüler arbeiten allein, zu zweit und in Kleingruppen. tauschen sich analog und digital aus. knüpfen Kontakte mit unbekannten Personen.

Wasser ist ein Lebensmittel - mehr noch, ohne Wasser können wir uns kein Leben vorstellen. Im Zentrum dieser Unterrichtseinheit steht das technische Problem, Wasser durch Filter zu reinigen. lSchon früh in der Entwicklung von Zivilisationen wurde den Menschen bewusst, wie wichtig sauberes Trinkwasser ist. Zu diesem Zweck wurden bereits in der Steinzeit einfache Wasserfilter aus Rinden, später aus Moosen gebaut. Die heutige Filtertechnik ist sehr ausgeklügelt, mit ihr lassen sich Verunreinigungen bis in den Nanometer-Bereich beseitigen. Diese Unterrichtseinheit greift das Problem der Reinigung von Wasser auf. Wasser ist, zumal bei jüngeren Schülerinnen und Schülern, ein dankbares Unterrichtsthema, das sich ohne Weiteres an alltäglichen Erfahrungen anknüpfen lässt. Diese Erfahrungen lassen sich aber auch recht leicht mit dem Stichwort "sauberes Wasser" problematisieren. Im Zentrum dieser Unterrichtseinheit steht das technische Problem, Wasser durch Filter zu reinigen. Damit lässt sie sich in den naturwissenschaftlichen Unterricht in der Sekundarstufe I - in reduzierter Form auch im Sachunterricht im Primarbereich - einbauen. Hat man Zeit und organisatorische Möglichkeiten, lassen sich insbesondere im Technik-Unterricht eigene Filtersysteme erproben. Darüber hinaus kann man sich dem Thema fächerübergreifend kulturgeschichtlich nähern und betrachten, wie die Entwicklung technischer Möglichkeiten Hand in Hand ging mit der Entwicklung der Zivilisation. Bedeutung sauberen Wassers Die Bedeutung von Wasser für die Menschheit und das Erkennen nicht sichtbarer Inhaltstoffe im Wasser führt die Schülerinnen und Schüler in die Thematik ein. Wie wird das Wasser sauber? In Übungen sammeln die Schülerinnen und Schüler erste Erfahrungen mit der Wasserfiltration. Was können Filter leisten? Der Aufbau eines starken Filters sowie der Blick auf moderne Filtertechniken und weiterführende Aspekte können die Unterrichtseinheit abschließen. Die Schülerinnen und Schüler sollen für die Bedeutung sauberen Wassers sensibilisiert werden. den Stellenwert der Filtration von Wasser für die menschliche Zivilisation einschätzen lernen. die Verschmutzung von Wasser untersuchen. verschiedene Techniken zur Filtrierung von Wasser sowie deren jeweilige Wirksamkeit kennenlernen. die Details moderner Techniken (Querstromfilterung, Wafer-Membran) verstehen lernen (ab Klasse 7). Thema Das Wasser - Filtration und Reinhaltung Autor Martin Wetz Fach Biologie, Naturwissenschaften, fächerverbindender Unterricht, Sachkunde Zielgruppe Klassen 3 bis 9 Zeitraum 2-4 Unterrichtsstunden Voraussetzungen und Kontext Wenn diese Unterrichtseinheit in einen größeren Zusammenhang eingebettet ist, in welchem bereits viel über Wasser und dessen Bedeutung und Eigenschaften erarbeitet worden ist, kann man direkt mit dem Problem der Wasserreinigung beginnen. Falls dies nicht geschehen ist und diese Einheit einzeln durchgenommen werden soll, so ist als Hinführung die Bedeutung von Wasser für die Menschheit zu besprechen. Hierfür sollten ein bis zwei Unterrichtsstunden eingeplant werden. Wo wird Wasser genutzt? Aus mutmaßlich vielen Einzelnennungen (Trinken, Duschen, Gießen und so weiter) sollten die Schülerinnen und Schüler möglichst eigenständig Oberbegriffe bilden, um - eventuell unter Hilfestellung - auf die Bereiche Landwirtschaft, Industrie, Haushalt zu kommen. Die dabei möglicherweise entstehenden Diskussionen, wie zum Beispiel ob das Gießen des Kräutertopfs am Küchenfenster Landwirtschaft oder Haushalt ist, mögen aus Erwachsenensicht unproduktiv erscheinen, sind aber Teil der für Kinder wichtigen Begriffsbildung. Wie wird Wasser genutzt? Hier wären die Funktionen des Wassers zu erarbeiten: Wasser als Lebensmittel (für Menschen, Tiere und Pflanzen), Wasser als chemischer Grundstoff in der Industrie sowie als Lösungsmittel. Jeder dieser Punkte kann für sich ausführlicher unter biologischen und chemischen Aspekten behandelt werden. In welchen Mengen wird Wasser genutzt? Abschätzungen sind in der Regel für die Schülerinnen und Schüler motivierend. Die Ergebnisse der Abschätzungen beziehungsweise die korrekten Zahlenangaben können modellhaft visualisiert werden, zum Beispiel die Anzahl Mineralwasserflaschen, die eine Familie pro Woche verbraucht, die zum Zähne Putzen oder zum Duschen verwendet wird. An dieser Stelle können die Schülerinnen und Schüler nebenbei eine Vorstellung davon erhalten, dass es sinnvolle und weniger sinnvolle Maßeinheiten gibt. Filtration von Wasser Als Einstieg in das eigentliche Thema "Filtration von Wasser" dient die Frage nach der Bedeutung sauberen Wassers. Wozu wird sauberes Wasser benötigt? Und was genau heißt "sauberes" Wasser? Woran kann man es erkennen? Die erste Frage kann fragend-entwickelnd geklärt werden, insbesondere die Folgen verschmutzten Trinkwassers können demonstriert werden. Bei der zweiten Frage kann das Vorwissen der Schülerinnen und Schüler eingebracht werden. Zusätzlich lassen sich eine Reihe von Beispielen zeigen, die belegen sollen, dass man dem Wasser seine Inhaltsstoffe nicht unbedingt immer "ansieht", weil es eben ein sehr gutes polares Lösungsmittel ist: Zwei identisch aussehende Bechergläser sind mit Wasser gefüllt (gleiche Füllhöhe verstärkt das Erstaunen): In dem einen ist Leitungswasser, in dem zweiten zusätzlich Zucker oder Salz (Meerwasser!) gelöst. Die Schülerinnen und Schüler schmecken den nicht sichtbaren Unterschied. Zwei identisch aussehende Bechergläser sind wie oben mit Wasser gefüllt: In dem einen ist Leitungswasser, in dem zweiten ist destilliertes (oder demineralisiertes) Wasser. In jedes Becherglas werden nun zwei Kontakte, die mit einer Batterie und einem entsprechenden Lämpchen verbunden sind, gehalten: Aufgrund des Ladungstransportes durch die Ionen leuchtet das Lämpchen in dem einen Fall, während bei der zweiten Probe kein Strom fließt. Drei Bechergläser wie oben: Demineralisiertes Wasser, Wasser mit darin gelöster Lauge (beispielsweise ein wenig Kaliumhydroxid) und Wasser mit ein wenig gelöster Säure (farblos, also zum Beispiel Zitronensaft, kein Essig). In jedes Glas wird nun Universalindikator hineingetropft, jedes Wasser zeigt eine andere Färbung. Klares Wasser aus einem Aquarium, Teich oder See wird mikroskopisch untersucht: Man entdeckt Mikroorganismen (je nach Möglichkeit als Film demonstrierbar). Umgekehrt kann man Wasser verunreinigen und die Zusätze verstecken: Kochsalz oder Alkohol wird in Wasser gegeben und "verschwindet" (interessant insbesondere für jüngere Schülerinnen und Schüler ist es aber, das Wasser jeweils zu wägen). Bedeutung des Filters Arbeitsteilig in zwei Gruppen - oder in entsprechend vielen Teilgruppen - erarbeiten die Schülerinnen und Schüler die Bedeutung des Filters. Die erste Gruppe sucht nach allem, was Wasser verschmutzt, sichtbare wie unsichtbare Stoffe. Die zweite Gruppe überlegt, womit Wasser gefiltert werden könnte und welche speziellen Filter sie kennt (zum Beispiel Kaffeefilter, Aquarienfilter). Anschließend werden die Ergebnisse in der Form zusammengetragen, dass im Plenum oder in Partnerarbeit geklärt wird, welcher Filter welche Verunreinigung beseitigt. Das Ergebnis kann in Form einer Tabelle festgehalten und in einer PowerPoint-Präsentation dargestellt und präsentiert werden. Erfahrungen mit dem Filtern Nach dieser Phase sollten die Schülerinnen und Schüler praktische Erfahrungen sammeln und selbst filtern. Hierzu können verschiedene Gemenge mit verunreinigtem Wasser hergestellt werden, zum Beispiel Erbsen, Sand, Erde, Milch, Pflanzenreste (von getrockneten Blättern etwa). Als Filter könnte zur Verfügung stehen: Prähistorische Werkzeuge, wie Rinden oder Moosstücke; herkömmliches Filterpapier in Form von Kaffeefiltern; Kartuschen, die zur Entkalkung von Leitungswasser verwendet werden; Filter für Aquarien; selbstgebaute Sedimentschichten aus Sand. Bei der praktischen Erprobung könnten den Schülerinnen und Schülern verschiedene Probleme der Filtration bewusst werden. Passiert dies nicht automatisch, sollte die Lehrkraft das Augenmerk darauf lenken: Die Filter-Leistung: Diesen Begriff gilt es dann genau zu fassen als gefilterte Wassermenge pro Zeit. Die Qualität des gefilterten Wassers: Hierbei ist zu bedenken, dass man, wie oben gezeigt, nicht alles sieht, also entsprechende Testverfahren benötigt. In etwas älteren Klassen lässt sich bereits über entsprechende Nachweismethoden der Wasserverunreinigung sprechen und entsprechende Verfahren durchführen. Die Verschmutzung des Filters: Dies lässt sich anschaulich mit einem Kaffeefilter zeigen, der nach einer bestimmten Zeit vollgelaufen und damit nicht mehr einsatzfähig ist. Grundprinzip des Filters Ziel der praktischen Erprobung - zumindest in der Primarstufe - ist es außerdem, das Grundprinzip des Filters durch das Sieb zu verdeutlichen. Entscheidende Größe ist die "Lochgröße". In modernen Filtersystemen ist diese bis in den Nanobereich verkleinert, so dass auch Mikroorganismen und selbst organische Moleküle gefiltert werden können. Frisches Quellwasser Einen Hinweis ist das "frische" Quellwasser wert. Das, was an vielen Stellen im Wald oder Gebirge als Quelle entspringt, ist klares Wasser. Quellwasser ist in der Regel Regenwasser, das durch mehrere Sedimentschichten dringt, bevor es als Quelle wieder an die Oberfläche kommt. Auch dies ist ein Filter-Prozess. Wo immer es die Gelegenheit gibt, sollten die Schülerinnen und Schüler zu einer Quelle gehen und dieses Wasser untersuchen (nach vorheriger Rücksprache mit dem entsprechenden Forstamt, um womöglich bekannte schädliche Verunreinigungen zu klären). Lösungsmöglichkeiten der Filtration Nach der Problematisierung des Filterns bieten sich nun zwei Möglichkeiten an: Man kann die Unterrichtseinheit ausklingen lassen, indem man verschiedene Lösungsmöglichkeiten andeutet, beispielsweise den Austausch der filternden Substanz, Reinigung der Filter, modernere Techniken wie die Wafer-Membran. Dies dürfte sich in der Primarstufe anbieten. Bei Lerngruppen, die noch weiterdenken können oder wollen, kann man die Schülerinnen und Schüler Lösungsansätze für die gefunden Probleme suchen lassen. Aufbau eines starken Filters In jedem Fall sollte als Abschluss der Aufbau eines starken Filters, wie er in den Schule zumeist vorhanden ist, gezeigt werden, nämlich das Gerät zur Demineralisierung des Leitungswassers, wie es sich meistens in den Chemie-Sammlungen findet. Die Demonstration kann, je nach Alter und Interesse der Schülerinnen und Schüler, mehr oder weniger detailgenau sein. In jedem Fall sollte das gefilterte Wasser zum Abschluss untersucht werden. Rotierende Scheiben und Flüssigkeit Bei höheren Klassen lässt sich insbesondere die Technik mit rotierenden Scheiben und Flüssigkeit darstellen, welche aufgrund ihrer selbstreinigenden Eigenschaft besonders effizient ist. Das Wasser über Filterscheiben rotieren zu lassen, findet sich in zwei unterschiedlichen Arten von selbstreinigenden Querstromfilteranlagen wieder. Vergleichbar mit einem Karussell auf einem Volksfest rotieren die mehrschichtigen Filterscheiben um ihre eigene Achse durch das unbewegte, verschmutzte Wasser. Bei der zweiten Variante wird das verunreinigte Wasser im Filterbehälter durch Düsen in Rotation versetzt und bringt die zu filtrierende Flüssigkeit über statisch montierte Scheiben in Bewegung. Den Schülerinnen und Schülern können bei Bedarf weiterführende Aspekte genannt werden, die auch zur Vertiefung der Thematik dienen können: Gefiltert wird nicht nur Wasser, sondern auch Luft oder Abgase. Sämtliche Kraftwerke, die durch Verbrennung fossiler Brennstoffe Strom erzeugen, müssen mit entsprechenden Filtern ausgestattet sein. Ökologische und rechtliche Aspekte der Wasserreinhaltung. Kläranlagen: Wie findet die großtechnische Reinigung von Wasser statt?