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Grundlagen der Raketenphysik

Unterrichtseinheit

In dieser Unterrichtseinheit zum Thema "Grundlagen der Raketenphysik" wird die Fortbewegung von Raketen im Weltraum thematisiert. Diese Art der Fortbewegung ist deshalb besonders, weil im Gegensatz zu den uns auf der Erde bekannten Fortbewegungsmöglichkeiten wie etwa dem Gehen, Fahren oder auch Fliegen im Weltraum außerhalb der Lufthülle der Erde das Medium zum Abstoßen (Boden oder Luft) fehlt. Dass der Flug von Raketen trotzdem möglich ist, liegt an der Art des Antriebes von Raketen – der von der Rakete ausgestoßene verbrannte Treibstoff sorgt aufgrund des Rückstoßprinzips für die Vorwärtsbewegung der Rakete.Anhand eines einfachen Beispiels in Form eines Raketenwagens wird den Schülerinnen und Schülern das auf der Impulserhaltung basierende Rückstoßprinzip vorgestellt und Schritt für Schritt erläutert. Dabei reicht es zum Verstehen für die Lernenden zunächst völlig aus, den Ausstoß der "Treibstoffmasse" in kleinen Einzelportionen zu simulieren und die Ergebnisse für Berechnungen wie etwa die Geschwindigkeit des Raketenwagens mittels der Gesetze zur Impulserhaltung zu verwenden. Dieses sogenannte "Iterationsverfahren" macht es durch Verkleinerung entsprechender Parameter wie Masse oder Zeit möglich, Näherungslösungen zu finden, die der tatsächlichen Geschwindigkeit immer näherkommt. Für eine exakte Bestimmung der Geschwindigkeit benötigt man im weiteren Verlauf des Unterrichts dann die Gesetzmäßigkeiten der Differential- und Integralrechnung. Grundlagen der Raketenphysik: auf dem Weg in den Weltraum Die seit Jahren verstärkt zunehmenden Aktivitäten – auch von finanzstarken Privatunternehmen – zeigen deutlich, welche Rolle Raketen für den Transport einer Vielzahl von Satelliten in erdnahe Umlaufbahnen oder auch zur Erforschung weit entfernter Himmelsobjekte (Stichwort: Marsmission ) haben. Die dafür notwendige Technik und damit auch die dahinterstehende Physik ist zwar – im Detail betrachtet – äußerst kompliziert und aufwendig, kann aber im Rahmen der speziellen Möglichkeiten der Oberstufenphysik des Gymnasiums gut besprochen werden. Vorkenntnisse Vorkenntnisse von Lernenden können nur in der Weise vorausgesetzt werden, dass unter anderem die von jedem Jugendlichen benutzten Smartphones sehr von stationären Satelliten abhängen und mithilfe von Raketen in ihre Umlaufbahn gebracht werden müssen. Weitere Kenntnisse über Bau und Funktion von Raketen sollten eher die Ausnahme sein. Didaktische Analyse Bei der Behandlung dieses Themas kann man davon ausgehen, dass das Rückstoßprinzip, das bei Raketen, aber auch bei Flugzeugen in ähnlicher Weise den Vortrieb ermöglicht, von den meisten Lernenden, die Physik in der Oberstufe gewählt haben, problemlos verstanden werden kann. Methodische Analyse Die Annäherung an die exakten Vorgänge beim Antrieb von Raketen mithilfe des an Näherungslösungen angelegten Iterationsverfahrens stellt eine gute Möglichkeit dar, auf relativ einfache Art den Lernenden das Rückstoßprinzip nahezubringen. Damit können die Voraussetzungen für die besonders interessierten Schülerinnen und Schüler geschaffen werden, auch die deutlich schwierigeren Gesetzmäßigkeiten bei der mathematisch exakten Beschreibung zu verstehen. Fachkompetenz Die Schülerinnen und Schüler können die Abläufe bei Raketenflügen beschreiben und erläutern. kennen die physikalischen Gesetzmäßigkeiten, mit denen Raketenflüge möglich werden. wissen um die Bedeutung des Iterationsverfahrens für das grundlegende Verständnis für die näherungsweise Berechnung der Raketengeschwindigkeit. verwenden den Impulserhaltungssatz, um Bewegungszustände zu erklären sowie Bewegungsgrößen zu berechnen. Sozialkompetenz Die Schülerinnen und Schüler lernen durch Paar- und Gruppenarbeit das Zusammenarbeiten als Team. setzen sich mit den Ergebnissen der Mitschülerinnen und Mitschüler auseinander und lernen so, deren Ergebnisse mit den eigenen Ergebnissen konstruktiv zu vergleichen.

  • Physik / Astronomie
  • Sekundarstufe II

Transportation Order: Erstellung eines Speditionsauftrags

Unterrichtseinheit

Ein professionelles Online-Formular zur Erstellung eines Speditionsauftrags bildet den Kern der hier vorgestellten Englischstunde. (Keine Sorge - um den Spediteur nicht mit unzähligen fiktiven Aufträgen zu verwirren, wurde im Auftragsformular der "Send"-Button getilgt.)Die hier vorgestellte Stunde ist ursprünglich eine Verknüpfungsstunde zweier Themenbereiche. Zeitlich schließt sie sich an die Kurzreihe "Using the Internet - at home and at work" an. Sie nimmt aber auch Rückgriff auf den Bereich "Delivery", der im Schwerpunkt Lieferbedingungen - Incoterms - behandelte. Als methodische Schnittstelle verbindet sie beide Themen in Form der vorliegenden Übungen zum Erstellen eines Speditionsauftrages.In der Vorstunde wurden berufliche Erfahrungen der Schüler mit der Einfuhr von Gütern diskutiert und das Vokabular zum Themenbereich "Packaging and Transportation" vorentlastet. Unterrichtsablauf Die Schülerinnen und Schüler wiederholen das Basisvokabular rund um das Thema "Transportation Order" erschließen sich unbekanntes Vokabular mithilfe eines Online-Nachschlagewerks erstellen einen Speditionsauftrag mithilfe eines Online-Tools In dieser Stunde sollen die Schülerinnen und Schüler zunächst das in der Vorstunde eingeführte Vokabular im Rahmen eines "Vokabel-Qualifying" (HTML-Test) umwälzen und spielerisch ihr Wissen überprüfen. Durch das Quiz "qualifizieren" sich die Schülerinnen und Schüler für die folgende Aufgabe, die Erstellung eines Speditionsauftrags, die im Zentrum der Stunde steht. Hierbei wird der situative Kontext in Form einer fiktiven Arbeitsanweisung vom Abteilungsleiter Einkauf an den Auszubildenden vorgegeben. Schließlich drucken die Schülerinnen und Schüler ihre ausgefüllten Formulare am PC aus und besprechen die Ergebnisse. Das im "Vokabel-Qualifying" abgefragte Vokabular ist auf die folgende Erarbeitung der "Transportation Order" zugeschnitten. Die Auslegung als scheinbarer Wettbewerb (bei dem Ausscheiden natürlich ausgeschlossen ist) soll die Motivationshürde des Vokabeltrainings überwinden helfen. Die Situation ist bewusst einfach angelegt (Einfuhr von Gütern aus einem EU-Land, zwei Häfen), um den Problemschwerpunkt bei der Vokabelrecherche zu belassen. Mit den gewählten Waren aus dem Textilbereich dürfte für den Großteil der Lerngruppe das Recherchieren im Internet notwendig sein. Das Formular "Forwarder IO2BS" basiert auf einem authentischen Text, einem in der Speditions-Branche verwendeten Online-Tool. Ich habe das Tool auf die Anforderungen der vorliegenden Stunde adaptiert und um den Komplex der Fracht- und Zolldokumente reduziert - dieser erfordert eine eigene Problematisierung, die im Rahmen dieser Methoden- und Vokabelstunde nicht geleistet werden kann. Als weitere Reduktionen wurden die Eingabefelder für Abmessungen der Waren (meas.) zur Vereinfachung durch Volumen ersetzt und die Button zum online Versenden des Formulars an den Spediteur entfernt. Die Übung wird offline durchgeführt - ein Versenden eines "Scheinauftrags" an den Ursprungsspediteur ist somit ausgeschlossen. Das Formular "Forwarder IO2BS" basiert auf einem authentischen Text, einem in der Speditions-Branche verwendeten Online-Tool. Ich habe das Tool auf die Anforderungen der vorliegenden Stunde adaptiert und um den Komplex der Fracht- und Zolldokumente reduziert - dieser erfordert eine eigene Problematisierung, die im Rahmen dieser Methoden- und Vokabelstunde nicht geleistet werden kann. Als weitere Reduktionen wurden die Eingabefelder für Abmessungen der Waren (meas.) zur Vereinfachung durch Volumen ersetzt und die Button zum online Versenden des Formulars an den Spediteur entfernt. Die Übung wird offline durchgeführt - ein Versenden eines "Scheinauftrags" an den Ursprungsspediteur ist somit ausgeschlossen.

  • Englisch
  • Sekundarstufe II

Analogien zwischen mechanischen und elektromagnetischen Schwingungen

Unterrichtseinheit

In dieser Unterrichtseinheit wird anschaulich gezeigt, dass die Struktur aller Schwingungen in den meisten Fällen sehr gut mit der von mechanischen Schwingungen verglichen werden kann. Egal, ob es sich um Feder- oder Pendelschwingungen, Wasserwellen oder elektromagnetische Schwingungen handelt – sie folgen alle den gleichen Abläufen. Ausgehend von Grundkenntnissen zu den Gesetzmäßigkeiten, mit denen der Kondensator und die Spule im elektrischen Stromkreis beschrieben werden, soll ein einfacher elektromagnetischer Schwingkreis mit einem harmonischen mechanischen Federpendel verglichen werden. Die entsprechenden Zusammenhänge werden mithilfe von Zeichnungen grafisch dargestellt und anschließend mathematisch anhand der zugehörigen Gleichungen ausgewertet. So kann sehr anschaulich gezeigt werden, dass beide Schwingungsarten strukturell identischen Gesetzmäßigkeiten folgen. Mit dieser Unterrichtseinheit werden den Lernenden die Gesetze und Zusammenhänge zwischen den einzelnen physikalischen Teilbereichen – wie etwa zwischen Mechanik und elektrischem Stromkreis – vorgestellt. Eine tiefergreifende Auseinandersetzung mit dieser Thematik bleibt auf jeden Fall der Kursphase der Sekundarstufe II vorbehalten. Die Aufgaben werden in Einzel- und Gruppenarbeit erledigt, um auch die Teamarbeit zu fördern. Die Darstellung der Vorgänge wird grafisch auf einem Arbeitsblatt dargestellt, außerdem werden zur Veranschaulichung praktische Versuche im Unterricht durchgeführt. Fachkompetenz Die Schülerinnen und Schüler wissen um die vielfältigen Zusammenhänge von mechanischen und elektromagnetischen Schwingungen. können die für die Beschreibung beider Schwingungen notwendigen Gleichungen herleiten. kennen die Gemeinsamkeiten beider Schwingungsarten und können die unterschiedlichen Größen der jeweiligen Schwingungen miteinander vergleichen. Medienkompetenz Die Schülerinnen und Schüler recherchieren selbständig Fakten und Hintergründe im Internet. Sozialkompetenz Die Schülerinnen und Schüler lernen durch Paar- und Gruppenarbeit das Zusammenarbeiten als Team. müssen sich mit den Ergebnissen anderer Gruppen auseinandersetzen und lernen so, deren Ergebnisse mit den eigenen Ergebnissen konstruktiv zu vergleichen. erwerben eine gewisse Fachkompetenz, um mit anderen Lernenden, Eltern und Freunden diskutieren zu können.

  • Physik / Astronomie
  • Sekundarstufe II

Projekte in der Schule

Unterrichtseinheit

In der heutigen Arbeitswelt wird bei den Berufsanfängern immer mehr Wert auf Schlüsselqualifikationen, insbesondere Sozial- und Selbstkompetenzen gelegt. Projektarbeit fördert die Persönlichkeit der Schülerinnen und Schüler, denn sie müssen sich intensiv und eigenständig mit einem Thema auseinandersetzen und das Projekt bewältigen. Durch das wachsende Angebot an Projekten wollen Schulen ihre Schülerinnen und Schüler optimal auf diese bevorstehenden beruflichen Anforderungen vorbereiten. Gerade durch Projektarbeit können sie eigenverantwortlich und im Team lernen, wie sich der optimale Erfolg eines Arbeitsauftrags gut organisiert und strukturiert erreichen lässt und welche Meilensteine auf dem Weg zum Ziel anvisiert und bewältigt werden wollen. Ein entsprechendes Projektmanagement soll den mitwirkenden Personen helfen, Chancen und Risiken eines Projekts zu erkennen und auf diese angemessen zu reagieren. Hierbei begleitet die Lehrkraft die Schülerinnen und Schüler, indem sie strukturiertes Planen lehrt und bei der Organisation des Projekts unterstützt. Anfangs zeitaufwendige Planungsphasen geraten später zu Selbstläufern, die das Arbeiten erleichtern und deshalb helfen, erfolgreich zu werden. Ziel der folgenden Unterrichtsmaterialien ist es: die Themenfindung für Projekte zu vereinfachen sowohl Lehrkräften als auch den Jugendlichen die Angst vor Projekten zu nehmen Projektmanagement anschaulich und interessant zu vermitteln Hilfe bei der strukturierten Planung von Projekten zu sein Chancen und Risiken eines Projekts zu erkennen Fachkompetenz Die Schülerinnen und Schüler erlangen theoretisches Wissen über Projektmanagement. sprechen im Team über Erfahrungen und lösen Konflikte. setzen sich mit Misserfolgen auseinander. planen den Ablauf eines Projekts. Methodenkompetenz Die Schülerinnen und Schüler lernen Präsentations- und Moderationstechniken. üben gezieltes Recherchieren. Sozialkompetenz Die Schülerinnen und Schüler verbessern ihre Kommunikationsfähigkeit sowohl im als auch außerhalb des Teams. bauen ihre Kooperationsfähigkeit aus. Selbstkompetenz Die Schülerinnen und Schüler fokussieren Einsatz- und Leistungsbereitschaft auf ein bestimmtes Ziel. arbeiten gewissenhaft und selbstständig, um ein Ziel zu erreichen.

  • Politik / WiSo / SoWi / Fächerübergreifend
  • Sekundarstufe II

Akrobatik und Turnen

Unterrichtseinheit

In der Unterrichtseinheit "Akrobatik und Turnen" machen die Schülerinnen und Schüler Übungen zu Gleichgewicht und Körperspannung und bauen Pyramiden. Sie erlernen grundlegende Bewegungstechniken, wobei ihnen zahlreiche Bilder und Animationen helfen.Akrobatik arbeitet mit dem Gerät "Körper" und ist ein idealer Ansatzpunkt für Lern- und Entwicklungsprozesse im Sport-Unterricht. Im körperlichen Miteinander-Umgehen entstehen aus Bewegungsaufgaben kleine Kunststücke sowie vielseitige Körper- und Bewegungserfahrungen. Akrobatik eröffnet Möglichkeiten, kreativ mit dem Körper umzugehen (unterstützend, haltend, schwebend), aber auch eigene Grenzen zu erkennen. Zahlreiche Bilder, Grafiken und Animationen veranschaulichen Technik-Elemente und den Ablauf des Lernprozesses und lassen die Unterrichtsreihe schon am Computer lebendig werden. Das Notebook in der Sporthalle kann Bewegungsvorstellungen unterstützen und hilft bei der Planung von Pyramiden. Figuren zu bauen und mit Gleichgewicht und Schwerkraft zu spielen, ist für viele Schülerinnen und Schüler eine besondere Herausforderung und wird meist mit mehr Begeisterung aufgenommen als das herkömmliche Geräteturnen.Die pädagogischen Perspektiven "Gestaltung", "Kooperation", "Wagnis", "Leistung" und "Körpererfahrung" sind bei der Bewältigung akrobatischer Aufgabenstellungen besonders gut zu realisieren. Die Unterrichtseinheit beinhaltet die Themen: Akrobatik im Sportunterricht - Pädagogische Perspektiven Spielerische Vorbereitung Methodische Grundsätze des Akrobatikunterrichts Übungen zu Gleichgewicht und Körperspannung Übungen zur richtigen Bewegungstechnik Partnerakrobatik-Übungssammlung Pyramiden bauen Pyramiden-Übungssammlung Einsatz des Computers bei der Pyramidenplanung (Pyramidenplaner) Arbeitskarten zum Download Die Schülerinnen und Schüler werden in ihrer Beweglichkeit, ihrer Körperspannung, ihrem Gleichgewichtssinn, ihrer Konzentrationsfähigkeit, ihrer Kooperationsbereitschaft, ihrer körperlichen Geschicklichkeit und ihrer Kraft gefördert. sammeln Wissen und Erfahrungen über Körperbelastungspunkte und bauen das gegenseitige Vertrauen aus. erfahren den Computer bei der Vorbereitung von Bewegungsaufgaben als hilfreiche Unterstützung.

  • Sport / Bewegung
  • Sekundarstufe I

Gehör: Freizeitlärm

Unterrichtseinheit

Mithilfe dieser Unterrichtsmaterialien zu Freizeitlärm sollen die Schülerinnen und Schüler für das Thema sensibilisiert werden. Insbesondere die gesundheitlichen Auswirkungen von Lärm stehen dabei im Zentrum der Wissensvermittlung.Durch unser Gehör haben wir die Möglichkeit, differenziert zu kommunizieren. Hörend erhalten wir vielfältige Informationen über unsere Umwelt und unsere Mitmenschen. Umso wichtiger ist es, gut mit unserem Gehör umzugehen. Gerade bei jungen Leuten ist laute Musik in jeder Form beliebt, egal ob zu Hause, unterwegs übers Smartphone oder live auf Konzerten und in Clubs. Oft sind die Risiken und Auswirkungen dieser intensiven Beschallung nicht bekannt oder werden verdrängt.Wann wird das Gehör geschädigt? Welche Schäden sind irreparabel? Welche Auswirkungen kann Lärm auf den gesamten menschlichen Organismus haben? Auch die sozialen Komponenten von Lärmschädigungen und natürlich die physikalischen Gegebenheiten werden thematisiert. Module der Unterrichtsmaterialien können sowohl im Physik- als auch im Biologieunterricht behandelt werden. Das Thema laute Musik und Freizeitlärm bietet sich aber auch im Musik- und im Deutschunterricht an, beispielsweise in einem Diskussionsforum oder Debattierclub. Fachkompetenz Die Schülerinnen und Schüler verstehen in eigenen Versuchen, wie Lärm gemessen wird. setzen sich anhand von Texten und Videos mit Schall und der hörschädigenden Wirkung von Lärm auseinander. erarbeiten sich Aufbau und Funktion des Gehörs. diskutieren die Vorteile von Gehörschutz und Lautstärkebeschränkungen. Methodenkompetenz Die Schülerinnen und Schüler nehmen mit einer App eigene Schallpegelmessungen vor. schulen ihr Gehör mit Sounddateien und online-Hörtests. rechnen aus, wie lange sie sich bei einer bestimmten Lautstärke in einem Club aufhalten können ohne einen Hörschaden zu riskieren. Sozialkompetenz Die Schülerinnen und Schüler üben situationsorientiertes und flexibles Verhalten. reflektieren den eigenen Lebensstil kritisch. zeigen Kooperationsbereitschaft und stärken ihre Kommunikations- und Teamfähigkeit.

  • Biologie / Ernährung und Gesundheit / Natur und Umwelt / Physik / Astronomie
  • Sekundarstufe I

Mitgänger-Flurförderzeuge: Wendige Helfer

Unterrichtseinheit

Hubwagen – gleichgültig welcher Bauart – sehen zunächst unproblematisch aus, und ihre Bedienung ist leicht zu erlernen. Ohne Einweisung geht es aber nicht, und das aus gutem Grund: Entgegen dem äußeren Anschein ist das Führen eines Mitgänger-Flurförderzeugs keine ganz ungefährliche Sache.Mitgänger-Flurförderzeuge kommen überall dort zum Einsatz, wo palettierte Waren und Lasten transportiert werden und größere Hilfsmittel wie Gabelstapler aus Platz- oder Gewichtsgründen nicht praktikabel sind. An unzähligen Arbeitsplätzen erleichtern derartige Geräte den Beschäftigten die Arbeit. Sie sind zwar einfach zu bedienen, aber dennoch nicht ganz ungefährlich. Im Rahmen der Unterrichtseinheit wird für Gefahren beim Umgang mit Mitgänger-Flurförderzeugen sensibilisiert.Innerbetrieblicher Transport ist ein Unfallschwerpunkt. Ungefähr ein Viertel aller Arbeitsunfälle in der gewerblichen Wirtschaft entfallen seit vielen Jahren auf diesen Bereich. Auf Flurförderzeuge aller Art entfallen insgesamt mehr als 20.000 Arbeitsunfälle – Jahr für Jahr. Grund genug also, etwas für die Sicherheit beim Umgang mit diesen Geräten zu tun. Hinzu kommt, dass insbesondere im Einzelhandel nicht nur der Führer eines Hubwagens und seine Kollegen gefährdet werden könnten, sondern beispielsweise auch die Kunden eines Supermarkts. Und schließlich können natürlich auch Waren in erheblichem Wert beschädigt oder zerstört werden, wenn sie beim Transport herunterfallen. Vorsicht und Umsicht liegen also gleichermaßen im Interesse der Beschäftigten wie des Unternehmens.Die Schülerinnen und Schüler entwickeln ein Gefahrenbewusstsein. erkennen, dass die Beachtung von Sicherheitsvorschriften kein Zeichen von Schwäche ist, sondern in ihrem eigenen und im Interesse ihres Unternehmens liegt. erfahren, dass der Umgang mit Mitgänger-Flurförderzeugen zwar leicht zu erlernen ist, aber dennoch Unfallrisiken birgt. wissen, welche persönlichen Voraussetzungen und Kompetenzen sie für den richtigen Umgang mit Mitgänger-Flurförderzeugen mitbringen sollten. Teamfähigkeit und Kooperationsbereitschaft zeigen.

  • Arbeitsschutz / Arbeitssicherheit
  • Berufliche Bildung

Vermischtes rund um Dipol und elektromagnetische Wellen

Unterrichtseinheit

Der Beitrag zeigt zunächst beispielhaft, wie in der Natur und in der Technik elektromagnetische Wellen entstehen. Im weiteren Verlauf wird die Erzeugung einer Dipolschwingung mittels eines Erregerschwingkreises erläutert und durch verschiedene Übungsaufgaben ergänzt. Zu Beginn der Einheit wird beispielhaft gezeigt, wie in der Natur und in der Technik elektromagnetische Wellen entstehen. So ist etwa das für den Menschen sichtbare Licht nur ein kleiner Teil dessen, was an elektromagnetischen Wellen aus dem Weltall auf die Erde trifft. Die den meisten Menschen aus der Medizin bekannten Röntgenstrahlen entstehen beim Abbremsen schneller Elektronen und können vom Menschen nicht wahrgenommen werden – erst beim Betrachten eines Röntgenbildes sieht man, dass die Strahlung beim Durchdringen des menschlichen Körpers ein Abbild bestimmter Körperteile erzeugt. Die Erzeugung einer Dipolschwingung mittels eines Erregerschwingkreises wird erläutert und durch verschiedene Übungsaufgaben ergänzt. Vermischtes rund um Dipol und elektromagnetische Wellen Die Erzeugung von Dipolschwingungen und der damit verbundenen Ausbreitung elektromagnetischer Wellen gehört zu den schwierigen Themen der Schulphysik. Das Thema mit seinen sowohl in der Herleitung als auch in der Anwendung schwierigen Gleichungen kann deshalb nur in der Kursphase der Oberstufe des Gymnasiums intensiver besprochen werden. Vorkenntnisse Gute Vorkenntnisse zu den Gesetzmäßigkeiten des elektrischen und magnetischen Feldes einschließlich der Besonderheiten bei Spulen und Kondensatoren müssen zur Besprechung des Themas auf jeden Fall vorhanden sein. Didaktische Analyse Die Schülerinnen und Schüler sehen bei der Besprechung von Dipol und Entstehung von elektromagnetischen Wellen, dass in der Physik oft verschiedene Abläufe gleichzeitig betrachtet werden müssen. Gerade auch die Entstehung eines Nah- und Fernfeldes bei der Ausbreitung elektromagnetischer Wellen ist dabei nicht leicht zu verstehen. Methodische Analyse Durch zahlreiche Beispiele und den Vergleich mit Seilwellen bei der Beschreibung und Erläuterung der Vorgänge bei einer Dipolschwingung können die Gesetzmäßigkeiten eventuell leichter zu verstehen sein. Wesentlich komplexer wird die Übertragung der Schwingungen vom Sende- zum Empfangsdipol, insbesondere dann, wenn man darauf eingeht, wie Sprache oder Musik damit übertragen werden. Fachkompetenz Die Schülerinnen und Schüler wissen, wie ein Sendedipol durch einen Erregerschwingkreis zu Schwingungen angeregt wird. können die Gesetzmäßigkeiten, die den Dipol und elektromagnetische Wellen beschreiben, anwenden und Berechnungen ausführen. kennen die vielfältigen Möglichkeiten, die in Natur und Technik zur Aussendung von elektromagnetischen Wellen führen. Medienkompetenz Die Schülerinnen und Schüler recherchieren selbständig Fakten, Hintergründe und Kommentare im Internet. können die Inhalte von Videos, Clips und Animationen auf ihre sachliche Richtigkeit hin überprüfen und einordnen. Sozialkompetenz Die Schülerinnen und Schüler lernen durch Partner- und Gruppenarbeit das Zusammenarbeiten als Team. setzen sich mit den Ergebnissen der Mitschülerinnen und Mitschüler auseinander und lernen so, deren Ergebnisse mit den eigenen Ergebnissen konstruktiv zu vergleichen. erwerben genügend fachliches Wissen, um mit anderen Lernenden, Eltern und Freunden wertfrei diskutieren zu können.

  • Physik / Astronomie
  • Sekundarstufe II

Die relativistische Masse

Unterrichtseinheit

Die Unterrichtseinheit "Relativistische Masse" zeigt anhand verschiedener Beispiele, wie Albert Einstein - ausgehend von der Konstanz der Lichtgeschwindigkeit - die Zunahme der "trägen" Masse in Abhängigkeit von ihrer Geschwindigkeit hergeleitet hat. Mithilfe der Zeitdilatation wird gezeigt, wie Beobachter in verschiedenen Bezugssystemen einen im Prinzip gleichbleibenden Vorgang völlig unterschiedlich wahrnehmen und beschreiben.Die Schülerinnen und Schüler werden an das Thema über die klassische Newton'sche Mechanik herangeführt. Sie erkennen dabei sehr schnell, dass die Newton'sche Mechanik bei kleinen Geschwindigkeiten weit unterhalb der Lichtgeschwindigkeit in unserem Alltag gut funktioniert, doch bei Zunahme an Geschwindigkeit und insbesondere bei Annäherung an die Lichtgeschwindigkeit einer völlig neuen Beschreibung bedarf, die durch zahlreiche Experimente belegt ist. Die relativistische Masse Bei der Besprechung der relativistischen Massenzunahme muss den Lernenden in aller Deutlichkeit klar gemacht werden, dass diese Vorgänge im Alltag weder relevant noch beobachtbar sind; vielmehr sollte der Zusammenhang der Unerreichbarkeit der Lichtgeschwindigkeit durch möglichst anschauliche Gedankenbeispiele mit den zugehörigen - möglichst einfachen - Berechnungen vermittelt werden. Vorkenntnisse Vorkenntnisse von Lernenden können insofern vorausgesetzt werden, dass allein schon der Name "Albert Einstein" jedem Schüler und jeder Schülerin in irgendeiner Form bekannt sein dürfte. Darüber hinaus wird aber schon die Herleitung der Formel für die relativistische Massenzunahme den meisten Lernenden Schwierigkeiten bereiten mit der Folge, dass man nicht versuchen sollte, das Thema zu sehr zu vertiefen. Didaktisch-methodische Analyse Bei der Behandlung der Themen zur Speziellen Relativitätstheorie reicht es aus, die Schüler und Schülerinnen für ein schwieriges Thema zu sensibilisieren, aber nicht zu überfordern. Deshalb macht es sicher Sinn, sich auf einfache Erklärungen und Übungsaufgaben zu beschränken. Die Gesetzmäßigkeiten zur relativistischen Massenzunahme lassen sich auf halbwegs einfache und nachvollziehbare Art und Weise herleiten; deshalb kann man auf die zahlreichen und durchaus komplizierten Herleitungen verzichten und diese den mathematisch interessierten und versierten Schülerinnen und Schülern überlassen - beispielsweise für ein späteres Studium. Fachkompetenz Die Schülerinnen und Schüler können erklären, warum die Masse eines extrem beschleunigten Körpers zunimmt. wissen, dass die Lichtgeschwindigkeit eine Grenzgeschwindigkeit darstellt, die nicht überschritten werden kann. können die relativistische Massenzunahme dahingehend einordnen, dass sie im Alltagsleben keine Rolle spielt. Medienkompetenz Die Schülerinnen und Schüler recherchieren selbständig Fakten, Hintergründe und Kommentare im Internet. können die Inhalte von Videos, Clips und Animationen auf ihre sachliche Richtigkeit hin überprüfen und einordnen. Sozialkompetenz Die Schülerinnen und Schüler lernen durch Partner- und Gruppenarbeit das Zusammenarbeiten als Team. setzen sich mit den Ergebnissen der Mitschülerinnen und Mitschüler auseinander und lernen so, deren Ergebnisse mit den eigenen Ergebnissen konstruktiv zu vergleichen. erwerben genügend fachliches Wissen, um mit anderen Lernenden, Eltern und Freunden wertfrei diskutieren zu können.

  • Physik / Astronomie
  • Sekundarstufe II

Aufenthaltswahrscheinlichkeiten beim linearen Potentialtopf

Unterrichtseinheit

In dieser Unterrichtseinheit zum Thema "Aufenthaltswahrscheinlichkeiten beim linearen Potentialtopf" werden die Schülerinnen und Schüler mithilfe des Potentialtopfmodelles an die tatsächlichen Vorgänge in einem Atom herangeführt. Dabei werden die Lernenden mit quantenmechanischen Beschreibungen konfrontiert, die ein nicht unerhebliches Abstraktionsvermögen verlangen. Allerdings können die notwendigen Gleichungen in Analogie zu bereits bekannten Herleitungen aus der Mechanik beziehungsweise Elektrodynamik abgeleitet werden. Es wird für Schülerinnen und Schüler benötigt, die Physik als Leistungsfach und gegebenenfalls als Abiturfach gewählt haben. In Anlehnung an die mechanische Wellenfunktion zur Beschreibung von Seilschwingungen oder Wasserwellen werden die Schülerinnen und Schüler zur Beschreibung der quantenmechanischen Wellenfunktion mit Begriffen wie Wahrscheinlichkeitsamplitude und Aufenthaltswahrscheinlichkeitsdichte vertraut gemacht. Den Lernenden wird an konkreten Beispielen erläutert, dass man solche als Wahrscheinlichkeitswellen bezeichnete Funktionen nicht wie Wasserwellen beobachten kann, sondern nur zur mathematischen Beschreibung eines quantenmechanischen Zustandes benutzen kann. Anhand konkreter Beispiele können dann entsprechende Wahrscheinlichkeiten berechnet werden, ein in einem Potentialtopf befindliches Elektron an einer bestimmten Stelle zu finden. Aufenthaltswahrscheinlichkeit beim linearen Potentialtopf Zum Verständnis der noch folgenden Unterrichtseinheit zur quantenmechanischen Beschreibung des Wasserstoffatoms sind Kenntnisse über quantenmechanische Grundprinzipien wie Welle-Teilchen-Dualismus und Wahrscheinlichkeitsberechnungen zu Aufenthaltsorten von Elektronen notwendig. Dies kann mithilfe des linearen und dreidimensionalen Potentialtopfes den Schülerinnen und Schülern sehr gut nahegebracht werden. Vorkenntnisse Vorkenntnisse von Lernenden können kaum vorausgesetzt werden. Allerdings helfen die aus der Mechanik und Elektrodynamik bekannten Beschreibungen von mechanischen und elektromagnetischen Wellen sehr bei der Einführung der abstrakten Wahrscheinlichkeitswellen. Didaktische Analyse Bei der für die Lernenden nicht ganz einfachen Herleitung von Wahrscheinlichkeitswellen ist Abstraktionsvermögen gefragt. Deshalb müssen Lehrkräfte sehr darauf achten, durch Abbildungen und Animationen den Sachverhalt möglichst anschaulich zu gestalten. Im Übrigen sollte der anspruchsvolle Stoff den Schülerinnen und Schülern vorbehalten bleiben, die Physik als Leistungsfach beziehungsweise Abiturfach gewählt haben. Methodische Analyse In einer schrittweisen Hinführung werden die Lernenden in die Berechnungen von Aufenthaltswahrscheinlichkeiten eingeführt. Ergänzende Übungsaufgaben erläutern und verfestigen das Gelernte mit dem Ziel, damit auch die realen Vorgänge in einem Wasserstoffatom verstehen zu können. Fachkompetenz Die Schülerinnen und Schüler erkennen, dass die quantenmechanischen Vorgänge im atomaren Bereich mit den Methoden der klassischen Physik nicht beschrieben werden können. können Begriffe wie Wahrscheinlichkeitswelle und Aufenthaltswahrscheinlichkeit beschreiben. wissen, wie man Wahrscheinlichkeiten in der Quantenphysik herleitet und berechnet. Medienkompetenz Die Schülerinnen und Schüler überprüfen selbständig Fakten, Hintergründe und Kommentare im Internet. lernen die Inhalte von Videos, Clips und Animationen auf ihre sachliche Richtigkeit hin zu überprüfen und einzuordnen. Sozialkompetenz Die Schülerinnen und Schüler lernen durch Partner- und Gruppenarbeit das Zusammenarbeiten als Team. setzen sich mit den Ergebnissen der Mitschülerinnen und Mitschüler auseinander und lernen so, deren Ergebnisse mit den eigenen Ergebnissen konstruktiv zu vergleichen. erwerben genügend fachliches Wissen, um mit anderen Lernenden, Eltern und Freunden wertfrei diskutieren zu können.

  • Physik / Astronomie
  • Sekundarstufe II

Wie funktioniert eine Kernspaltung?

Unterrichtseinheit

Die Unterrichtseinheit zum Thema Kernspaltung gibt den Schülerinnen und Schülern ausgehend von ihrer Entdeckung bis zur großtechnischen Nutzung bei der Energieerzeugung einen Einblick in die komplizierten Abläufe kontrollierter Spaltungsvorgänge. Dabei kann die sensationelle Entdeckung durch Otto Hahn und sein Forschungsteam im Jahr 1938 nicht genug hervorgehoben werden. Ohne diese unter sehr einfachen Versuchsbedingungen gefundenen Zusammenhänge wären technische Anwendungen wie etwa Kernkraftwerke zur Energiegewinnung nicht denkbar. Nicht vergessen darf man allerdings die negativen Entwicklungen der Kernspaltung in Form von Massenvernichtungswaffen wie Atombomben. Mithilfe von Videos, Animationen und veranschaulichenden Abbildungen wird den Schülerinnen und Schüler der Vorgang der Kernspaltung nähergebracht, bevor man dann auf die physikalischen Einzelheiten anhand der Spaltung von angereichertem Uran-235 durch den Einfang langsamer Neutronen eingeht. Zunächst wird der Ablauf der Spaltung über das Zwischenprodukt Uran-236 mit den entstehenden Bruchstücken und den darauffolgenden radioaktiven Umwandlungen bis hin zu stabilen Endprodukten im Vordergrund stehen. Anschließend sind die Vorgänge zu besprechen, die eine kontrollierte Kettenreaktion ermöglichen und im Reaktor-Druckbehälter ablaufen. Kernspaltung als Thema im Physik-Unterricht Die Thematik "Kernspaltung und Energieerzeugung" wird bei vielen Schülerinnen und Schülern möglicherweise negativ behaftet sein aufgrund der vielfältigen öffentlichen Diskussionen und Berichterstattungen in den Medien hinsichtlich des nicht zu unterschätzenden Gefahrenpotenziales. Deshalb ist es besonders wichtig, den Lernenden genau aufzuzeigen, welche Vor- und Nachteile die Nutzung der Kernspaltung mit sich bringt. Im Unterricht sollten Lehrkräfte deshalb gut präpariert sein, um im Rahmen einer sicher aufkommenden kontroversen Diskussion auf kritische Fragen sachkompetent eingehen und antworten zu können. Vorkenntnisse Grobe Vorkenntnisse der Schülerinnen und Schüler sind vermutlich vorhanden - diese werden sich aber vor allem auf das Gefahrenpotenzial beim Betrieb von Kernreaktoren beschränken. Konkrete Kenntnisse zu den physikalischen Gegebenheiten sind jedoch nicht zu erwarten, weil dazu die konkreten physikalischen Abläufe kaum bekannt sein dürften. Didaktisch-methodische Analyse Bei der Behandlung des Themas sollte man darauf achten, dass die Gefährlichkeit der Energiegewinnung durch Kernspaltung weder verharmlost noch überbewertet wird. In Hinblick auf den Klimaschutz wird die Energieerzeugung durch Kernspaltung von der EU-Kommission als klimafreundlich bewertet. CO 2 -neutral ist Atomstrom jedoch keineswegs. "Die Treibhausgasemissionen sind größtenteils der Stromproduktion vor- und nachgelagert. Betrachtet man den gesamten Lebensweg – von Uranabbau, Brennelementherstellung, Kraftwerksbau und -rückbau bis zur Endlagerung – so ist in den einzelnen Stufen des Zyklus zum Teil ein hoher Energieaufwand nötig, wobei Treibhausgase emittiert werden." ( Umweltbundesamt ). Bis heute ungelöst und nur schwer einschätzbar sind die Emissionen für die Endlagerung. Das Thema Kernspaltung wird die Lernenden interessieren, wenngleich mit unterschiedlichen Ausgangspositionen. Die intensive Auseinandersetzung mit der Thematik setzt aber viel konkretes Wissen voraus, um das Für und Wider richtig einschätzen zu können. Deshalb ist die exakte Darstellung der Vorgänge im Unterricht sehr wichtig. Fachkompetenz Die Schülerinnen und Schüler können die Vorgänge beim Ablauf einer Kernspaltung beschreiben und erklären. wissen, wie ein mit angereichertem Uran bestückter Kernreaktor funktioniert. Können das Für und Wider der Energiegewinnung durch Kernspaltung einschätzen und bewerten. Medienkompetenz Die Schülerinnen und Schüler recherchieren selbständig Fakten, Hintergründe und Kommentare im Internet. können die Inhalte von Videos, Clips und Animationen auf ihre sachliche Richtigkeit hin überprüfen und einordnen. Sozialkompetenz Die Schülerinnen und Schüler lernen durch Partner- und Gruppenarbeit das Zusammenarbeiten als Team. setzen sich mit den Ergebnissen der Mitschülerinnen und Mitschüler auseinandersetzen und lernen so, deren Ergebnisse mit den eigenen Ergebnissen konstruktiv zu vergleichen. erwerben genügend fachliches Wissen, um mit anderen Lernenden, Eltern, Freunden wertfrei diskutieren zu können.

  • Physik / Astronomie
  • Sekundarstufe II

Kommunikation: Ausdrucksformen, Modelle und Beispiele aus der Luftfahrt

Unterrichtseinheit

Diese Unterrichtseinheit bietet einen umfassenden Einblick in das Thema verbale und nonverbale Kommunikation. Neben der Reflexion der eigenen Kommunikationskompetenz beschäftigen sich die Lernenden mit wissenschaftstheoretischen Kommunikationsmodellen, analysieren, wie Botschaften zwischen Sender und Empfänger interpretiert werden und wie man Missverständnisse in der Kommunikation durch eindeutige Sprache vermeiden kann. Als gutes Beispiel hierfür dient die Luftfahrt-Kommunikation, von der sich die Schülerinnen und Schüler einen vertiefenden Eindruck verschaffen. Die vorliegende Unterrichtseinheit schafft Bewusstsein für die Potenziale, die ein geschulter Einsatz von Kommunikationsmitteln bietet. Ganz nach Paul Watzlawicks vielzitiertem Spruch "Man kann nicht nicht kommunizieren". Vom Rauchzeichen zur SMS, vom Sender zum Empfänger – in Baustein 1 werden die Schülerinnen und Schüler angeregt, eine Zeitreise durch die Evolutionsgeschichte menschlicher Kommunikation zu unternehmen, um schließlich ein wissenschaftstheoretisches Modell (Shannon/Weaver) kennenzulernen, das allen Formen unseres Informationsaustausches ganz praktisch innewohnt. Als unpraktisch erweist sich für uns Menschen noch heute, dass zwischen Sender und Empfänger eine Kodierung und Dekodierung stattfinden muss. Wenn Gesagtes gehört wird, wenn Mimik und Gestik interpretiert werden, kommt es nicht selten zu Missverständnissen. Baustein 2 macht den Schülerinnen und Schülern die Komplexität unserer Kommunikation bewusst. Diese neu gewonnene Aufmerksamkeit machen sich die Lernenden in den Bausteinen 3 und 4 zunutze, um nach Wegen zu suchen, wie man möglichst deutlich kommunizieren kann. Die Untersuchung der Grundzüge des Sprachsystems der Fliegerei ist dabei in vielerlei Hinsicht erhellend. Praktische Übungen stellen unter Beweis, dass sich einige Besonderheiten der Kommunikation über den Wolken bestens für die Verbesserung unserer Alltagskommunikation eignen. Das Thema "Kommunikation" im Unterricht Kommunikation findet ständig statt, im privaten wie im öffentlichen Leben, verbal und nonverbal. Nur wer versteht, wie Kommunikation funktioniert und wie sich Missverständnisse vermeiden lassen, kann differenziert und verantwortungsvoll mit eigenen und fremden Äußerungen umgehen. Vertiefte kommunikative Kompetenzen sollen die Schülerinnen und Schüler insbesondere im Deutschunterricht erwerben (Prozessbezogene Kompetenzen: Sprechen und Zuhören). Dieses Ziel kann im Rahmen dieser Unterrichtseinheit anhand von Sprachspielen, Reflexion über Zitate und Kommunikationsmodelle, und der Beobachtung und Analyse von Gesprächssituationen verfolgt werden. Die Durchführung dieser Einheit bietet sich insbesondere ab der Klassenstufe 9 oder in Berufsvorbereitungsklassen an, da konkrete Berufsfelder und Berufsgruppen aus der Luftfahrt vorgestellt werden, bei denen geschulte und eindeutige Kommunikation mit dem Berufsalltag einhergeht. Didaktisch-methodische Analyse Die Unterrichtseinheit ist in vier aufeinander aufbauende Bausteine aufgeteilt, die auch so in ihrer logischen Reihenfolge durchgenommen werden sollten. Wechselnde Sozialformen, unterschiedliche Informationsangebote in Form von Videos, Artikeln, Hörbeispielen etc. sowie kooperative und spielerische Lernformen (Sprachspiele, Diskussionsgruppen) bieten die Möglichkeit eines abwechslungsreichen Unterrichts. Der zeitliche Rahmen sollte mindestens bei 8 Unterrichtsstunden liegen, je nach Diskussionsbedarf, Zeit für ausführliche Internetrecherche oder auch Zeit zur Präsentation von Ergebnissen kann die Einheit ausgeweitet werden. Fachkompetenz Die Schülerinnen und Schüler analysieren gelingende und misslingende Kommunikation kriterienorientiert und theoriegestützt; sie benennen und reflektieren Bedingungen gelingender Kommunikation. erläutern die grundlegenden wissenschaftstheoretischen Kommunikationsmodelle von Shannon/Weaver und Schulz von Thun und nutzen sie zur Analyse von Kommunikation und Sprechakten. nehmen Körpersprache bewusst wahr, beschreiben ihre Wirkung und setzen sie ein. erkennen und analysieren Zusammenhänge zwischen verbalen und nonverbalen Ausdrucksmitteln, beschreiben wesentliche Faktoren, die die mündliche Kommunikation prägen (Gestik, Mimik, Stimme) und reflektieren sie in ihrer kommunikativen Funktion. beurteilen die eigene und die Kommunikationskompetenz anderer: sie beobachten, reflektieren und bewerten kriterienorientiert das eigene Gesprächsverhalten und das anderer. Sozialkompetenz Die Schülerinnen und Schülerer proben ihre Präsentationsfähigkeit und entwickeln sie in unterschiedlichen Formaten und nutzen konstruktives Feedback.

  • Deutsch / Kommunikation / Lesen & Schreiben
  • Berufliche Bildung, Sekundarstufe II
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