Das Unterrichtsmaterial skizziert am Beispiel von Henriette Goldschmidt (1825–1920) und Alice Salomon (1872–1948) Aufkommen, Ziele und Erfolge der bürgerlichen Frauenbewegung im Deutschen Kaiserreich und während der Weimarer Republik.Die Anfänge der modernen Frauenbewegung lassen sich bis zur Französischen Revolution und der Ausrufung der Menschen- und Bürgerrechte zurückverfolgen. So verfasste die Frauenrechtlerin und Revolutionärin Olympe de Gouges 1791 die "Erklärung der Rechte der Frau und Bürgerin". Allerdings folgte auf die Revolution keine Gleichheit von Männern und Frauen in Europa. Dennoch gründeten sich in den deutschen Staaten in der ersten Hälfte des 19. Jahrhunderts erste regionale, religiös-geprägte Frauenvereine, die sich zunehmend gesellschaftskritisch und politisch ausrichteten. Einen ersten Höhepunkt fand die Frauenbewegung in der Revolution von 1848/49. Deren Scheitern konnte die Frauenbewegung aber nur kurzfristig bremsen. 1865 wurde in Leipzig der erste Frauenbildungsverein gegründet, der im gesamten Deutschen Bund wahrgenommen wurde. Wesentliche Ziele des Vereins bestanden darin, Frauen Erwerbsmöglichkeiten zu eröffnen, die sie finanziell unabhängig machen und vor Armut bewahren sollten. Ein weiteres Ziel war, die Bildungsmöglichkeiten der Frauen zu fördern. In den folgenden Jahrzehnten wuchs die Frauenbewegung stark an. Während des Ersten Weltkriegs übernahmen immer mehr Frauen die Arbeit der im Krieg kämpfenden Männer. Die Weimarer Republik brachte das Frauenwahlrecht. Ob als Aktivistinnen, Frauen- und Bürgerrechtlerinnen, Künstlerinnen, Politikerinnen oder Wissenschaftlerinnen – Frauen traten immer erfolgreicher und selbstbewusster in der Öffentlichkeit auf. Besonders deutsche Jüdinnen aus dem Bürgertum waren in der Frauenbewegung vertreten. An einer Persönlichkeit wie Henriette Goldschmidt, Mitbegründerin des "Allgemeinen Deutschen Frauenvereins", wird der Kampf der Frauenbewegung und das Spannungsfeld von Emanzipation und traditionellem Familienbild sichtbar. Die Biografie von Alice Salomon verdeutlicht durch ihre Mitgründung und Leitung der "Sozialen Frauenschule" sowie der "Deutschen Akademie für soziale und pädagogische Frauenarbeit" ihren Einsatz für die Bildung und damit auch die Emanzipation von Frauen. Salomon setzte sich auch international für die Frauenbewegung ein. Ihre Vertreibung aus Deutschland durch die Nationalsozialisten bekräftigt ein weiteres Mal die Notwendigkeit eines freiheitlichen, demokratischen und gleichberechtigten Zusammenlebens. Die hohe Bedeutung Salomons für die Frauenbewegung und die Bildung der Frauen wirkt bis heute unter anderem in den nach ihr benannten Alice-Salomon-Schulen nach. Die Unterrichtseinheit ist Bestandteil der virtuellen Ausstellung "Gemeinsame Geschichte(n) ­deutsch – jüdische Lebenswege" Das Thema "Frauen zwischen Tradition und Umbruch" im Unterricht Die didaktische Relevanz des Themas "Frauen zwischen Tradition und Umbruch" ergibt sich besonders aus seiner gegenwärtigen Bedeutung. Der gesellschaftliche Umbruch ist noch nicht abgeschlossen, die Gleichberechtigung nicht vollständig vollzogen. Die Probleme der ungleichen Entlohnung, von Salomon thematisiert, und der Altersarmut ungebildeter Frauen, von Goldschmidt angesprochen, sind weiter virulent. Der Blick zurück in die Geschichte der modernen Frauenbewegung zeigt den Schülerinnen und Schülern nicht nur, auf welche Bereiche die Frauenbewegung zunächst ausgerichtet war (Arbeit, Selbstständigkeit, Bildung), sie verdeutlicht ihnen auch, dass die oder der Einzelne mit entsprechender Haltung, hohem Einsatz und passendem Netzwerk viel leisten kann. Den Schülerinnen und Schülern wird die Bedeutung von Arbeit und Bildung für das Erreichen der eigenen Unabhängigkeit und Selbstständigkeit vor Augen geführt. Vorkenntnisse Als Vorkenntnisse für die Bearbeitung der Materialien in diesem Raum sollten die Schülerinnen und Schüler über basale Kenntnisse zur politischen Geschichte der deutschen Reichsgründung 1871, der Weimarer Republik und des Nationalsozialismus bis 1939 verfügen. Kenntnisse zur Rolle jüdisch-bürgerlicher Frauen im 19. und 20. Jahrhundert sollten nicht vorausgesetzt werden. Didaktisch-methodische Hinweise Hinsichtlich der Methodik wird vorgeschlagen, dass die Schülerinnen und Schüler die "Historische Einführung" von Raum 4 selbstständig mithilfe der interaktiven Übungen erschließen. Diese Erarbeitung kann synchron im Präsenzunterricht oder asynchron im digitalen Lernen zu Hause erfolgen. Die Erarbeitung der Biografien von Goldschmidt und Salomon erfolgt durch produktive Aufgaben, die in Partnerarbeit gelöst werden und in einem Partnerpuzzle vorgestellt werden. Durch das Schreiben eines Interviews und die Gestaltung der Werbeanzeige geschieht nicht nur eine Umwälzung der Inhalte der Infotexte und Bildquellen aus der virtuellen Ausstellung; die produktiven Methoden sollen zugleich motivierend auf die Schülerinnen und Schüler wirken. Auf diese Weise erfährt jedes Schülerprodukt eine Würdigung und die Präsentation im Plenum kann auf ein Schülerprodukt fokussiert bleiben. Hier ist ein synchrones Lernen, möglichst in Präsenz, sinnvoll. Die Erkenntnis der gegenwärtigen Bedeutung des Themas wird durch die abschließenden Aufgaben auf den beiden Arbeitsblättern angebahnt, die dann in der Besprechung und Diskussion deutlich wird. Fachkompetenz Die Schülerinnen und Schüler erschließen und erläutern zum Thema "Frauen zwischen Tradition und Umbruch" Biografien, Interessen und Handlungsspielräume. beurteilen die Biografien und Handlungen von Henriette Goldschmidt und Alice Salomon im Hinblick auf Interessenbezogenheit und Möglichkeiten. bewerten unter Offenlegung gegenwärtiger Normen die Leistungen von Goldschmidt und Salomon. Medienkompetenz Die Schülerinnen und Schüler recherchieren in digitalen Medienangeboten zielgerichtet Informationen und Daten zu Henriette Goldschmidt und Alice Salomon. fassen Informationen und Daten zusammen. gestalten selbstständig Lernprodukte (Interview/Werbeanzeige) zu historischen Themen. Sozialkomeptenz Die Schülerinnen und Schüler erstellen gemeinsam ein Lernprodukt und kritisieren sachgerecht Lernprodukte ihrer Mitschülerinnen und Mitschüler. setzen sich mit der Bedeutung des Wandels der gesellschaftlichen Rolle der Frau für ihre Gegenwart auseinander.

Besonders im Frühjahr passiert es, dass die kleinen gefiederten Kerlchen uns morgens früher wecken als es vielen vielleicht recht ist. Aber könnten Sie am Klang der Vogelstimmen erkennen, ob es eine Amsel oder eine Meise oder vielleicht doch nur der Spatz vom Nachbardach ist, der da zwitschert?In dieser Unterrichtseinheit lernen die Schülerinnen und Schüler die Bestimmungsmerkmale heimischer Vögel kennen und erstellen mit Hilfe verschiedener Informationsmittel einen Steckbrief über einen Vogel ihrer Wahl, der anschließend auf der Schulhomepage, beispielsweise mithilfe von Primolo, präsentiert wird.Kinder lernen ihre Lebensumwelt durch das Benennen von neuentdeckten Dingen kennen. Vögel werden eher selten beachtet, da sie relativ schwer zu entdecken sind und man viel Geduld und Ruhe braucht, um sie zu beobachten. Durch das Entwerfen eines Steckbriefes zu einem Lieblingsvogel mit eigener Zeichnung und der Präsentation im Internet werden die Kinder für Naturerfahrungen sensibilisiert. Entwerfen einer Webpage verlangt von den Schülerinnen und Schülern übersichtliches und präzises Beschreiben. Information muss aus Fachbüchern oder dem Internet entnommen und entsprechend verarbeitet werden. Die Farbe des Federkleides Mithilfe von Bestimmungsbüchern bestimmen die Schulkinder selbstständig verschiedene Vogelarten. Ausschlaggebend hierfür ist die Farbe des Gefieders. Bestimmungsmerkmale Anhand von Bildern prägen sich die Schülerinnen und Schüler das Aussehen der unterschiedlichen Vögel ein und lernen deren Namen mithilfe von Wortkarten. Einen Unterrichtsgang unternehmen Vögel lassen sich in der freien Natur am Besten beobachten und studieren. Dies ist auch mitten in der Stadt möglich. Erstellen eines Steckbriefes Die Schülerinnen und Schüler suchen sich einen heimischen Vogel aus, sammeln in Büchern und im Internet Informationen über ihn und erstellen einen Steckbrief. Webseitenerstellung mit Primolo Websites lassen sich mit dem Homepage-Generator Primolo leicht selbst gestalten. Wer lieber offline arbeiten möchte, kann den Netscape Composer verwenden. Ein Vogelquiz erstellen Die Schülerinnen und Schüler erstellen ein Quiz zu ihrem jeweiligen Lieblingsvogel. Das Gelernte wird so auf interessante und spielerische Art gefestigt. Arbeitsmaterialien Hier finden sie die Bildsilhouetten der verschiedenen Vogelarten zur Präsentation mit dem Overheadprojektor. Die Schülerinnen und Schüler sollen Interesse am Thema entwickeln. Einige heimische Vogelarten kennen lernen. Vögel anhand der Bestimmungsmerkmale Farbe, Größe, Schwanz und Schnabel beschreiben. Informationen aus Büchern und Internet recherchieren. Einen Steckbrief zu einem Vogel eigener Wahl erstellen. Eine informative Website zu einem heimischen Vogel entwickeln. Vogelbilder Die Kinder erhalten in Gruppen ein Plakat oder Bildkarten von Vögeln (zum Beispiel Feldlerche, Goldammer, Rotkehlchen, Grünling, Storch, Gimpel, Kleiber, Rohrdommel, Buchfink, Anmerkung: einige auffällig gefärbte Vögel und einige mit braunem oder einfarbigen Federkleid). Die Zeitschrift "Medizini" aus der Apotheke ist hier zu empfehlen. Ebenso eignet sich aber auch anderes Bildmaterial. Die Vögel bestimmen Nun versuchen die Schülerinnen und Schüler mithilfe der Bestimmungsbücher ohne jede Anleitung die Vögel zu bestimmen (circa 1/4 Stunde). Eine Selbstkontrolle sollte möglich sein, beispielsweise dadurch, dass die Vogelnamen auf dem Plakat abgedeckt oder die Vögel mit Nummern versehen sind. Lösungskarten liegen entsprechend bereit. Ergebnisse Im Sitzkreis beschreiben die Kinder ihre Vögel und benennen sie. Im Gespräch wird erarbeitet, dass sie diese Vögel nach der Farbe bestimmt haben. Die braunen und grauen Vögel werden von den Schülerinnen und Schülern meist nicht erkannt. Ein Bestimmungsspiel kann die Stunde abrunden. Bestimmungsbücher Plakat oder Bildkarten von verschiedenen Vögeln Lied: "Alle Vögel sind schon da" Tafelanschrift: "Alle Vögel sind schon da" Stopfpräparat Lauschen von Vogelstimmen bei geöffnetem Fenster Beobachten von Vögel in Büschen oder Futterhäuschen Bilder und Wortkarten Einige Vögel (Zaunkönig, Rotkehlchen, Fichtenkreuzschnabel, Grünling, Bachstelze, Gimpel, Goldhähnchen, Kleiber) werden den Schülerinnen und Schülern in den Gruppen als Bilder präsentiert. Die Kinder prägen sich die Namen durch Zuordnung von Wortkarten oder Wortkartenmemory ein. Nun werden Bildkarten an der Tafel fixiert und beschriftet. Vogel-Silhouetten Die Silhouetten werden auf dem Overheadprojektor oder an der Tafel präsentiert. Je nach Können der Schülerinnen und Schüler werden die Bildkarten an der Tafel verdeckt oder als Erinnerungshilfe stehen gelassen. Die Silhouetten können auch in Gruppenarbeit bearbeitet werden. Die Kinder bestimmen die Vögel und stellen fest, dass sie die Vögel an Form, Schwanz und Größe erkannt haben. Grünling Kernbeißer Rotkelchen Bachstelze Zaunkönig Goldhähnchen Kleiber Gimpel Als Ergänzung können anschließend noch einige typische Vogelrufe angehört und erarbeitet werden. Dies kann entweder direkt am Fenster des Klassenraums geschehen oder aber mittels Tonträgern beziehungsweise via Stream aus dem Internet. Geeignet sind hier besonders Buchfink ("Ich, ich, ich geh' zur Regierung!", Goldammer ("Ich hab dich lieb!") Grünling, Amsel oder Goldhähnchen. Silhouetten der Vögel und ihrer Schnäbel Bestimmungsbücher Plakate Bildkarten Beobachten von Vögeln auf dem Pausenhof. Die Kinder versuchen die Vögel zu benennen. Da die Vögel aber oft im Gegenlicht auf den Büschen sitzen, können die Schülerinnen und Schüler die Farbe nicht erkennen. Die Frage ist also: Wie können wir Vögel unterscheiden, wenn wir die Farbe nicht erkennen können? Auch die Stadt hat was zu bieten Für einen Unterrichtsgang begibt man sich hinaus in die Natur. Dabei braucht man nicht Wald oder Wiese direkt vor der Tür zu haben. Frühlingsvögel lassen sich sehr gut auch in Vorstadtgärten, Parkanlagen und auf Friedhöfen beobachten. Dringend notwendig ist eine zweite oder dritte Begleitperson, da die Klasse in zwei bis drei Gruppen aufgeteilt werden sollte. Eine Gruppenstärke von acht bis zehn Kindern ist ideal, da sonst die Vögel vertrieben würden. Bestimmung nach der Farbe Für Bestimmungen nach der Farbe braucht man ein gutes Fernglas. Die Schülerinnen und Schüler werden schnell viele Vögel in den Bäumen und Hecken entdecken. Nun geht es darum, möglichst leise nahe an die Vögel heran zu kommen, um sie mit dem Fernglas genauer zu betrachten. Häufig beobachten lassen sich dabei Stare, Amseln, Rotschwänzchen, Buchfinken, Kohl- und Blaumeise sowie Grünlinge. Erkennen am Gesang Anschließend können noch einige typische Vogelrufe am Fenster oder durch Medien (Kassette, CD, Internet) erarbeitet werden. Geeignete Vögel sind hier zum Beispiel der Buchfink ("Ich, ich, ich geh zur Regierung"), Goldammer ("Ich hab dich lieb"), Grünling, Amsel und das Goldhähnchen. Um Vögel an ihrem Gesang zu erkennen braucht es eine sehr interessierte Lehrkraft oder einen Fachmann / eine Fachfrau. Vogelstimmen lassen sich auch durch Medieneinsatz recht einprägsam erlernen, um sie dann in der Natur wieder zu erkennen. Bei einem Unterrichtsgang sollte man sich auf vier bis fünf sehr einprägsame und signifikante Vogelstimmen beschränken, so zum Beispiel Grünling, Buchfink, Amsel und Kohlmeise. Die Schülerinnen und Schüler tragen in Gruppenarbeit zusammen, welche wichtigen Informationen in einem Steckbrief ihres Lieblingsvogels stehen sollen: Name Farbe des Gefieders Größe Gewicht Besondere Erkennungsmerkmale Farbe der Eier Vorkommen Nahrung Nestbau Partnerarbeit Die Kinder erhalten nun genügend Zeit, um sich im Internet oder mithilfe von Bestimmungsbüchern mit den verschiedenen Vögeln auseinanderzusetzen. So können sie ihren Lieblingsvogel bestimmen, die oben genannten Informationen über ihn sammeln und schriftlich fixieren. Bedingung ist, dass es sich um einen heimischen Vogel handelt und jede Gruppe einen anderen Vogel beschreibt. Die Schülerinnen und Schüler können alleine, in Partnerarbeit oder zu dritt arbeiten. Partnerarbeit scheint mir die beste Form zu sein, da niemand unter- oder überbeschäftigt ist. Bestimmungsbücher Internet Kurzreferat eines Schülers über einen Vogel Vorlesen eines Steckbriefes Außergewöhnliche Informationen über Vögel (zum Beispiel Sehfähigkeit eines Adlers, Fluggeschwindigkeit eines Wanderfalkens, Reisestrecke der Schwalben, Aufzucht der Jungen des Kuckucks) präsentiert als Text, auf Folie oder im Vortrag Mithilfe von Primolo können die Schülerinnen und Schüler leicht und schnell Internetseiten erstellen. Voraussetzung dafür ist, dass in der Schule Computer mit Internetzugang zur Verfügung stehen und dass die Lehrkraft ein Projekt bei Primolo anmeldet. Erstellung der Websites Die Erstellung der Internetseiten erfolgt gemeinsam, Schritt für Schritt. Besondere Vorkenntnisse der Schülerinnen und Schüler sind nicht notwendig. Es stehen vier verschiedene Layoutvarianten zur Verfügung. Die Kinder können sich an der Tastatur abwechseln. Erstellen von Bildern Natürlich gehört in eine informative Seite über einen Vogel auch ein Bild. Aus urheberrechtlichen Gründen sollten besser keine aus Bestimmungsbüchern eingescannte Bilder verwendet werden! Vorsicht ist auch beim Herunterladen von Bildern aus dem Internet geboten, da hier das Urheberrecht ebenfalls beachtet werden muss. Außerdem macht es viel mehr Spaß, die Bilder selbst zu zeichnen und einzuscannen. Trauen sich die Schülerinnen und Schüler das selbständige Malen nicht zu, so können auch Umrisskopien angeboten werden, die dann nur noch farblich gestaltet werden müssen. www.primolo.de/lehrerzimmer Hier finden Sie alle wichtigen Informationen rund um den Homepage-Generator für die Grundschule. Vorgehensweise Die Schülerinnen und Schüler haben sich mit einem Vogel besonders intensiv auseinander gesetzt. Zu ihrem speziellen Vogel denken sie sich nun ein oder zwei Fragen aus, die sich mithilfe des Steckbriefes beantworten lassen. "Welcher Vogel klettert Kopf unter den Baum hinab?" (Kleiber) "Welcher Vogel ist schwarz und brütet auf dem Boden?" ( Amsel) "Welches ist der kleinste Vogel?" (Goldhähnchen) Multiple-Choice Die Fragen können als Multiple-Choice-Fragen gestellt werden. Dazu werden vier verschiedene Antwortmöglichkeiten gegeben. Die Antworten werden mit den entsprechenden Lösungsseiten "Richtig" oder "Falsch" verlinkt, so ist eine Kontrolle möglich. Möglich wäre es auch, die Antworten in einem Gästebuch zu sammeln oder direkt per E-Mail an die Klasse zu verschicken, um einen Wochensieger zu ermitteln. Diese Variante macht viel Spaß, ist aber sehr zeitintensiv. Als dritte Möglichkeit bietet sich ein Link ausgehend von dem Wort "Lösung" zur entsprechenden Vogelseite an. Öffnen des Programmes Netscape durch Doppelklick. Im Menü Comunicator anklicken und dort den Composer aufrufen: ein weißes Blatt erscheint. Datei unter einem geeigneten Namen speichern. Vogelnamen eingeben (Formatierungen werden später vorgenommen). Einige Zeilen frei klicken. Tabelle einfügen: Im Menü Tabelle anklicken. Ein neues Menü erscheint. Hier entsprechend viele Zeilen eingeben und zwei Spalten. Auch andere Formatierungen können hier vorgenommen werden, ruhig ausprobieren. Will man, dass die Tabelle keine Randstriche hat, dann bei Randbreite "0" (Pixel) eingeben. Auf "Okay" klicken: Tabelle erscheint. Nun können in die ersten Spalten alle Daten eingegeben werden. Die zweiten Spalten sind für die Bebilderung. Wie in Microsoft Word kann der Text farbig gestaltet werden. Cursor in die Spalte klicken, in der das Bild eingefügt werden soll. Im Menü auf Grafik klicken, nun erscheint ein Menü. Grafik wählen anklicken und den entsprechenden Dateiort suchen. "Okay" klicken. Grafik anklicken (es erscheint ein schwarzer Rahmen um die Grafik). Mit dem Cursor in eine Ecke der Grafik gehen bis ein schräger Pfeil erscheint (kein waagrechter oder senkrechter!). Linke Maustaste gedrückt halten und Bild kleiner ziehen. Maustaste loslassen und mit andern Bildern ebenso verfahren. Speichern! Zunächst den Seitenhintergrund farbig gestalten. Im Menü Format anklicken und dort ganz unten Seitenfarbe-Eigenschaften anklicken. Ein Menü erscheint. Bei Seitenfarbe das weiße Felde anklicken. Eine Farbauswahl erscheint. Entsprechende Farbe wählen. Cursor in die Tabelle klicken. Soll jedes Kästchen eine eigene Farbe haben muss der Cursor in dem Kästchen stehen, das bearbeitet werden soll. Rechte Maustaste klicken, ein Menü erscheint. "Tabelleneigenschaften" anklicken, ein Menü erscheint. Wählen ob die Tabelle, die Spalte oder ein Kästchen bearbeitet werden soll. Entsprechenden Menüpunkt anwählen, das Menü ändert sich. Auf der Titelseite müssen alle Vogelnamen stehen, die dann mit der entsprechenden Seite verknüpft werden müssen. Diese Seite können die Schülerinnen und Schüler, die schon fertig sind, gestalten. Dies geht natürlich nur, wenn sich alle Seiten auf der Festplatte des Computers befinden, an dem die Kinder arbeiten, beziehungsweise wenn die Schule idealerweise über ein Schulnetz verfügt und alle Computer vernetzt sind. Es empfiehlt sich, die Vogelnamen in Tabellenform zu schreiben. Seite wie oben erstellen und im selben Ordner abspeichern. Vogelname markieren und im Menü auf "Verknüpfen" klicken, ein Menü erscheint. "Datei wählen" anklicken und die entsprechende Vogelseite suchen. Auf "Okay" klicken. Der Vogelname ist nun blau unterstrichen. Mit allen andern Vogelnamen ebenso verfahren. Will man prüfen, ob alles funktioniert, so muss zunächst gespeichert werden. Nun klickt man im Menü auf "Vorschau". Wenn man nun mit dem Cursor über den Vogelnamen fährt, erscheint eine Hand und man kann sich zur entsprechenden Vogelseite klicken. Verknüpfungen sollten nur erfolgen, wenn alle zu verknüpfenden Dateien geschlossen sind und sich alle Dateien auf der Festplatte des Computers befinden, an dem gerade gearbeitet wird. Man kann natürlich die Verknüpfungen am sichersten vom Server aus erstellen. Ich lasse meine Schüler die Verknüpfungen selbst erstellen, auch wenn die Dateien sich nicht auf dem Computer befinden, an denen die Schüler arbeiten. Der Computer meldet dann, dass die Dateien an zu weit entfernten Orten liegen. Ich nehme die Verknüpfung trotzdem vor, auch wenn sie eigentlich nicht funktionieren. Dies merkt man aber erst, wenn die Seiten auf den Server des Providers geladen werden. Den Schülern macht es unheimlichen Spaß, alles mögliche zu verknüpfen. Es ist aber leichter für den Lehrer, hinterher die Verknüpfungen am Server selbst zu erstellen als alle Dateien ständig auf die Festplatten der Schülercomputer zu laden. Netscape 6.2 Download Um mit dem Netscape Composer Internetseiten erstellen zu können, benötigen Sie den Netscape Navigator. Sie können sich diesen Browser kostenlos aus dem Netz laden.

Die Schülerinnen und Schüler erarbeiten die "goldene Regel der Mechanik" am Beispiel der schiefen Ebene mit einem dynamischen GeoGebra-Applet.?Maschine (griechisch mechane, Werkzeug), in der Technik ein Gerät zur Änderung der Stärke oder Richtung einer angewandten Kraft.? Gemäß diesem Lexikoneintrag ist ein als Rampe dienendes Brett die wohl einfachste Maschine der Welt. Denn um ein Bierfass über eine Rampe auf die Ladefläche eines LKW zu rollen, ist nur ein Bruchteil der Gewichtskraft des Fasses erforderlich. Doch leider ist im Leben nichts umsonst: Die Krafteinsparung muss man auf anderem Weg bezahlen. Wie? Das herauszufinden, ist Aufgabe der Schülerinnen und Schüler in dieser auf ein Computerexperiment gestützten Unterrichtseinheit. Und dabei springt zum Schluss noch ein wichtiges physikalisches (Abfall-)Produkt heraus, nämlich das aus Kraft und Weg: die Arbeit. Gestaltung und Einsatz der Materialien im Unterricht Fachliche Voraussetzungen sowie Hinweise zum Einsatz des virtuellen Experimentes (Eigenständige Bearbeitung ohne vorherige Behandlung im Unterricht, Vertiefung und Festigung, prägnante Wiederholung in höheren Jahrgangsstufen). Vorteile der Computersimulation und fachliche Hinweise Das virtuelle Experiment ermöglicht auch in großen Klassen selbstständiges Experimentieren und eine zeitsparende Konzentration auf die Auswertung und die Ergebnissicherung. Die Schülerinnen und Schüler sollen die Zerlegung der Gewichtskraft in Normal- und Hangabtriebskraft bei der schiefen Ebene wiederholen. die Aufnahme und das korrekte Eintragen von Messdaten in eine Messtabelle planen und üben. erkennen und mathematisch begründen können, dass der Steigungswinkel und die Hangabtriebskraft nicht proportional sind. erkennen und über die Produktgleichheit mathematisch begründen können, dass Hangabtriebskraft und zurückgelegter Weg zur Überwindung eines bestimmten Höhenunterschieds indirekt proportional sind (bei konstanter Gewichtskraft). die "goldene Regel der Mechanik" verstehen, formulieren und erklären können. die Vorgehensweise zur Einführung einer neuen physikalischen Größe verstehen. Kenntnisse der direkten beziehungsweise indirekten Proportionalität von Größen mit Quotienten- beziehungsweise Produktgleichheit der Wertepaare bilden die mathematischen Voraussetzungen für den Kurs. Kräftezerlegung und -parallelogramm sollten bereits bekannt sein, können aber mit dem Applet am Beispiel der schiefen Ebene noch einmal interaktiv wiederholt werden. Für das computergestützte Experiment bieten sich verschiedene Einsatzmöglichkeiten an: Eigenständige Bearbeitung des Computerexperimentes ohne vorherige Behandlung im Unterricht Vertiefung und Festigung des bereits im Unterricht durchgeführten Experimentes, eventuell in Übungsstunden oder als Hausaufgabe prägnante Wiederholung des Stoffs in höheren Jahrgangsstufen Im Idealfall arbeiten ein bis zwei Schülerinnen und Schüler selbstständig an einem Computer. Das Experiment kann natürlich auch mit einem Beamer in einem fragend-entwickelnden Unterricht oder einem Lehrervortrag präsentiert werden. Zum Einstieg: erst "austoben lassen", dann "anleiten" Erfahrungsgemäß entdecken die Schülerinnen und Schüler bei einer selbständigen Bearbeitung des Computerexperimentes sehr schnell alleine die Bedienungsmöglichkeiten des Applets und erkennen, welche unabhängigen Objekte bewegt werden können, so dass auf ausführliche Bedienungshinweise verzichtet werden kann. Zu Beginn der Stunde hat sich bei computergestützten Unterrichtseinheiten eine "Austobphase" bewährt, in der die Lernenden etwa fünf Minuten lang einfach alle Knöpfe und Regler eines Programms ausprobieren dürfen, bevor sie dann (nach einem "Reset") zielgerecht die einzelnen Arbeitsanweisungen befolgen. Prägnante Texte Der Text der Webseiten wurde bewusst prägnant gehalten, um einen eigenständigen Hefteintrag zu erleichtern. Zur Gewährleistung eines möglichst linearen Lernablaufs wurden keine Hyperlinks eingesetzt. Hilfestellung zur Messtabelle In der Unterrichtspraxis zeigen sich oft Probleme der Schülerinnen und Schüler beim systematischen Anlegen der Messtabellen, insbesondere fehlende Sorgfalt bei der Notation von gerundeter Maßzahl und der Einheit physikalischer Größen. Als Hilfestellung sind deshalb die Tabellenstrukturen auf dem Arbeitsblatt vorgegeben. Die Computersimulation erlaubt auch bei Mangel an Versuchsmaterialien in Klassen mit mehr als 30 Lernenden selbstständiges Experimentieren. Auch lauern selbst bei simpel anmutenden Experimenten, wie dem zur schiefen Ebene, systematische Messfehler, die das Erkennen der gewünschten physikalischen Gesetzmäßigkeiten erschweren. Ein solches "Lernen aus Fehlern" ist didaktisch populär und durchaus sinnvoll, jedoch bei gegebenem Stoffdruck leider zeitlich oft nicht möglich. Das virtuelle Experiment umgeht diese systematischen Messfehler und erlaubt eine zeitsparende Konzentration auf die Auswertung des Experiments und die Sicherung der Ergebnisse für den Unterrichtsfortgang. Die Schülerinnen und Schüler können das Experiment jederzeit (zum Beispiel zur Prüfungsvorbereitung) zu Hause wiederholen. Das Beispielprotokoll einer Messung kann direkt aus dem Browser ausgedruckt und als Kontrolle verwendet werden. Die Goldene Regel der Mechanik Mit der Zuordnung Steigungswinkel - Hangabtriebskraft lernen die Schülerinnen und Schüler einen nichtproportionalen Zusammenhang von Größen kennen. Um spätere Unstimmigkeiten (zum Beispiel beim Begriff der Spannenergie oder des Wirkungsgrades) zu vermeiden, sind die präzisen Voraussetzungen der "Goldenen Regel der Mechanik" zu beachten: die Kraft ist konstant und wirkt längs des Weges, Reibungskräfte bleiben unberücksichtigt. Die Schülerinnen und Schüler sollten deshalb neben der saloppen Form "Was man an Kraft spart, muss man an Weg zulegen." auch den exakten Wortlaut der "Goldene Regel der Mechanik" formulieren können. Anschauliche Beispiele Für die "Goldene Regel" bei der schiefen Ebene bieten sich im Anschluss an die Erarbeitung viele veranschaulichende Beispiele zur Einübung des Gelernten an: Rampe für Rollstuhlfahrer, Zahnradbahn (zur Problematisierung der Reibung), Serpentinen, oder die Schraube als aufgewickelte schiefe Ebene. Zugang zum abstrakten Energiebegriff Aus der Konstanz des Produkts aus Kraft und Weg erwächst für Schülerinnen und Schüler erfahrungsgemäß leicht verständlich die Definition mechanischer Arbeit, welche dann wiederum einen guten Zugang zum abstrakten Energiebegriff bietet. Dieses in der Unterrichtspraxis bewährte Vorgehen erlaubt auch frühzeitig gut operationalisierbare Prüfungsaufgaben, die aufgrund der vielen geforderten Leistungserhebungen bei wachsenden Klassenstärken und nur einer oder zwei Wochenstunden notwendig sind.

Lernende stellen im Schülerexperiment Nano-Goldpartikel her und erkennen die Farbe der Goldsole als größenabhängige Eigenschaft der Nanopartikel. Interaktive Lernumgebungen visualisieren die Reaktionen auf der Teilchenebene und ermöglichen die Untersuchung der Nanopartikel im virtuellen Elektronenmikroskop.Der erste Teil der fächerübergreifenden Unterrichtseinheit (Chemie und Physik) findet im Schul- oder Schülerlabor statt. Die Lernenden präparieren mithilfe einer Versuchsvorschrift unterschiedlich große Gold-Nanopartikel in Dispersion (Kolloidchemie). Die verschiedenen Größen der Goldpartikel werden schon bei der Präparation an der unterschiedlichen Farbe erkennbar. Der zweite Teil der Unterrichtseinheit findet im Rechnerraum statt. Die Schülerinnen und Schüler wiederholen die Präparation der Gold-Nanopartikel noch einmal im Rahmen eines virtuellen Experiments und können dabei beobachten, was auf der Teilchenebene passiert. Mithilfe eines interaktiven Lernmoduls lernen sie zudem Schritt-für-Schritt die Funktion und Betriebsweise eines Elektronenmikroskops kennen: Sie können ein virtuelles Transmissionselektronenmikroskop bedienen, die (virtuell und/oder real) hergestellten Partikel anschauen und sich davon überzeugen, dass den verschiedenfarbigen Goldsolen unterschiedlich große Nanopartikel zugrunde liegen. Kombination von Realexperiment und Computereinsatz Die Nanotechnologie und speziell die chemische Nanotechnologie bieten Schülerinnen und Schülern keinen unmittelbaren Zugang. Nanoplättchen, Nanostäbchen oder Nanopartikel lassen sich im Schülerexperiment zwar leicht herstellen, zum Beispiel durch Fällungen, jedoch lichtmikroskopisch nicht sichtbar machen. Ein Elektronenmikroskop wäre dafür erforderlich, aber eine solche Hochtechnologie-Apparatur ist für Schule und Schülerlabor viel zu teuer und zu empfindlich. Aus diesem Dilemma heraus entstand die vorliegende Unterrichtseinheit: Für die Präparation von Nanopartikeln sollen die Schülerinnen und Schüler vorzugsweise selbstständig experimentieren und damit die Faszination des Experiments erleben. Die Untersuchung der Produkte im virtuellen Elektronenmikroskop einer interaktiven Lernumgebung erfolgt nach dem Realexperiment im Rechnerraum der Schule. Eine Alternative: Außerschulische Lernorte Falls die räumlichen Möglichkeiten für das Schülerexperiment in der Schule nicht gegeben sind, kann dieser Teil der Unterrichtseinheit in einem außerschulischen Schülerlabor, zum Beispiel an einer Universität, stattfinden. Alternativ kann die Lehrperson den Versuch als Demonstrationsexperiment vorführen. In jedem Fall können die Schülerinnen und Schüler den Versuch am Rechner multimedial durchführen beziehungsweise wiederholen. Teil 1: Kolloidale Systeme Nach der (optionalen) Herstellung von Nano-Goldpartikeln werden die Vorgänge auf der Teilchenebene mithilfe einer Lernumgebung visualisiert. Teil 2: Das Transmissionselektronenmikroskop (TEM) Schülerinnen und Schüler lernen die Funktionsweise eines Elektronenmikroskops kennen und untersuchen virtuell die Größe von Nano-Goldpartikeln. Materialien Hier finden Sie Hinweise zum Einsatz der klassischen Arbeitsblätter und der Lernumgebungen sowie detaillierte Handreichungen zu den virtuellen Experimenten. Fachkompetenz - kolloidale Systeme Die Schülerinnen und Schüler sollen die Begriffe Kolloid und Nanopartikel und ihren Zusammenhang kennen. die Dimension nanoskaliger Materialien kennen und zu bekannten Materialien anderer Dimensionen in Beziehung setzen können. den Begriff kolloidale Dispersion kennen und kolloidale Dispersionen in Zweistoffsystemen je nach Aggregatzustand der dispersen Phase und des Dispersionsmittels klassifizieren können. Methoden zur Unterscheidung zwischen "echten" Lösungen, kolloidalen Dispersionen und grobdispersen Systemen kennen. die Synthese von Goldkolloiden durchführen. wissen, dass die optischen Eigenschaften der hergestellten Goldkolloide im Zusammenhang mit der Größe der Kolloide stehen. den Begriff Koagulation/Aggregation kennen. Fachkompetenz - Transmissionselektronenmikroskop Die Schülerinnen und Schüler sollen das TEM als Werkzeug zur Visualisierung von Nanopartikeln kennen. begründen, warum Nanopartikel nicht mithilfe eines Lichtmikroskops beobachtet werden können. den Aufbau und den Strahlengang des Elektronenstrahls im TEM kennen. wissen, warum im Vakuum gearbeitet werden muss. die Bilderzeugung im TEM als Wechselwirkung zwischen Elektronenstrahl und Probe kennen. elastisch und unelastisch gestreute Elektronen als Ursache für die verschiedenen Kontraste im elektronenmikroskopischen Bild kennen. Thema Herstellung und Untersuchung von Nano-Goldpartikeln Autoren Katrin Prete, Dr. Walter Zehren, Prof. Dr. Rolf Hempelmann Fächer Chemie, Physik Zielgruppe ab Klasse 9 Technische Voraussetzungen Möglichkeit für chemisches Experimentieren (optional); Rechner in ausreichender Anzahl (Partnerarbeit), mindestens ein Präsentationsrechner mit Beamer, Flash-Player 9 Dr. Walter Zehren ist Studienrat an der Saarbrücker Marienschule und teilabgeordnet an die Universität des Saarlandes. Dort leitet er das Schülerlabor NanoBioLab und hat zum Thema Forschendes Experimentieren im Schülerlabor promoviert. Rolf Hempelmann ist Professor für Physikalische Chemie und Geschäftsführender Leiter des Transferzentrums Nano-Elektrochemie an der Universität des Saarlandes. Er ist Betreiber des Schülerlabors NanoBioLab und Sprecher des Saarländischen Schülerlaborverbunds SaarLab. Umrechnung von Maßeinheiten Die Schülerinnen und Schüler müssen in der Lage sein, verschiedene Maßeinheiten (Meter, Millimeter, Nanometer) ineinander umzurechnen. Diese Kompetenzen werden im Fach Mathematik in Klasse 5 erworben. Aggregatzustände Die Lernenden benötigen Kenntnisse über Aggregatzustände und über die verschiedenen Typen chemischer Stoffgemische. Diese Kompetenzen werden im Fach Chemie in Klasse 8 erworben. Redox-Reaktionen Zum Verständnis der Synthese der Gold-Nanopartikel müssen die Schülerinnen und Schüler den erweiterten Redox-Begriff kennen: Redox-Reaktionen müssen als Elektronenübertragungsreaktionen bekannt sein. Dies wird im Fach Chemie in Klasse 9 thematisiert. Der erste Teil der Unterrichtseinheit behandelt einige Aspekte der Kolloid- und Nanochemie und besteht aus einem Experimentalteil und einer interaktiven Lernumgebung zur Herstellung von Goldsol, also einer Suspension von Gold-Nanopartikeln. Gold- und auch Silber-Nanopartikel zeigen einen interessanten Farbeffekt im sichtbaren Spektralbereich: Die resonante Anregung von Oberflächenplasmonen führt dazu, dass sich die Farbe des Metalls in Abhängigkeit von der Größe und Form der Nanoteilchen stark verändert (Abb. 1). Zum Beispiel sehen Suspensionen von kleinen Gold-Nanopartikeln in Wasser rot aus (im Gegensatz zu dem gelblichen Schimmer, den Gold normalerweise zeigt). Aggregiert man diese Partikel teilweise, so ändert sich die Farbe zu dunkelblau bis violett. Einstieg und Schülerexperiment Der erste Teil der Unterrichtseinheit gliedert sich in zwei Abschnitte. Zunächst erfolgt eine Einführung in das Thema kolloidale Systeme. Durch geeignete Aufgabenstellungen wird den Schülerinnen und Schülern zunächst die Dimension, also der Größenbereich, der Nanochemie nahe gebracht, und es werden die Begriffe Nanopartikel beziehungsweise Kolloid geklärt. Danach folgt eine Reihe von Experimenten, welche die Schülerinnen und Schüler mit den bis zur Klasse 9 erworbenen Vorkenntnissen in Eigenarbeit durchführen können. Der Einfluss des Zerteilungsgrades (des Dispersionsgrades) auf die Eigenschaften von Stoffen und die Unterscheidung zwischen echten Lösungen und kolloidalen Dispersionen können im Experiment selber entdeckt werden. Zum Abschluss werden Goldkolloide verschiedener Größen hergestellt. Die Herstellung von Goldkolloiden ist gleichzeitig die Überleitung zum zweiten Abschnitt des ersten Teils der Unterrichtseinheit, der Multimedia-Anwendung. Virtuelles Experiment, Visualisierung der Teilchenebene Die interaktive Lernumgebung zeigt zunächst noch einmal den zuvor durchgeführten Versuch zur Herstellung von Goldkolloiden. Dabei werden die Schritte der Reaktion auf der Teilchenebene visualisiert (Abb. 2, Platzhalter bitte anklicken), und den Schülerinnen und Schülern wird schließlich die unterschiedliche Farbe der Goldsole erklärt (Abb. 3). An die Animation zum Versuch schließt sich eine Wiederholungsphase an, in der die Lernenden interaktiv den Zusammenhang zwischen Partikelgröße und Farbe der Goldsole bearbeiten können (Abb. 4). Weiter geht es mit einer Übungsphase, in der Schülerinnen und Schüler das Gelernte anwenden. Methodenvielfalt Im ersten Teil der Unterrichtseinheit wird also mit verschiedenen Medien gearbeitet: Arbeitsblätter, Schülerexperimente und Multimedia-Anwendungen. Durch diese Methodenvielfalt wird auf die Heterogenität der Lernvoraussetzungen und der Interessen der Schülerinnen und Schüler eingegangen, wodurch möglichst viele Lernende erreicht und für die Beschäftigung mit dem Nanobereich motiviert werden sollen. Die einzelnen Schritte und Inhalte des gesamten virtuellen Experiments werden in einer Handreichung (tutorial_goldsole_virtuelles_experiment.pdf) ausführlich beschrieben und mit zahlreichen Screenshots dargestellt. Glühelektrischen Effekt, Kondensator Die Schülerinnen und Schüler müssen Kenntnisse über den Glühelektrischen Effekt und das Prinzip eines Kondensators besitzen (Physik, Oberstufen-Grundkurs). Linke-Hand-Regel Die Lernenden müssen in der Lage sein, mithilfe der Linke-Hand-Regel die magnetischen Feldrichtungen einer Spule zu bestimmen (Physik, Klasse 9). Lorentzkraft Die Schülerinnen und Schüler müssen Kenntnisse über die Bewegung von elektrischen Ladungsträgern im magnetischen Feld besitzen. Sie müssen die Richtung der Kraftwirkung der Lorentzkraft mit der Drei-Finger-Regel bestimmen können (Physik, Klasse 9). In einem interaktiven Lernmodul werden der Aufbau und die Funktionsweise des TEM Schritt-für-Schritt erläutert. Damit wird eine wichtige Methode der Nanotechnologie eingeführt. Sie erlaubt es, die zuvor im (realen und/oder) virtuellen Experiment hergestellten Nanopartikel zu visualisieren. Ein Elektronenmikroskop ist ein Mikroskop, welches das Innere oder die Oberfläche einer Probe mithilfe von Elektronen abbilden kann. Da schnelle Elektronen eine sehr viel kleinere Wellenlänge als sichtbares Licht haben und die Auflösung eines Mikroskops durch die Wellenlänge begrenzt ist, kann mit einem Elektronenmikroskop eine deutlich höhere Auflösung (etwa 1 Nanometer; mit einem einem Höchstleistungs-TEM bis zu 0,1 Nanometer) erreicht werden als mit einem Lichtmikroskop (typischerweise etwa 1 Mikrometer, im Extremfall bis zu 200 Nanometer). Die einzelnen Seiten, Inhalte und Funktionen der Lernumgebung zum Transmissionselektronenmikroskop (TEM) werden in einer Handreichung (tutorial_goldsole_TEM.pdf) ausführlich beschrieben und mit Screenshots dargestellt. Tutorielles System zur Funktion des TEM Die Lernumgebung erlaubt es, die hergestellten Gold-Nanopartikel "virtuell" zu untersuchen. Die Schülerinnen und Schüler erfahren, wie die zuvor bereits verwendeten TEM Aufnahmen (vergleiche Abb. 4 ) entstehen. Dabei kommt eine Multimedia-Anwendung im Stil eines tutoriellen Systems zum Einsatz. Auf der Startseite wird das Thema dargestellt, und den Lernenden wird ein motivierender Einstieg in das Thema geboten. Außerdem wird auf dieser Seite ein Einblick gegeben, welche Lerninhalte nachfolgend bearbeitet werden. Informationsseiten An die Startseite knüpfen dann Informationsseiten an, auf denen den Schülerinnen und Schülern Lerninhalte durch Texte, Animationen oder Bilder präsentiert werden, die in individueller Geschwindigkeit bearbeitet werden können (Abb. 5, Platzhalter bitte anklicken). Sie können dabei auch zu vorangegangenen Lerninhalten zurückzuspringen, um nicht Verstandenes zu wiederholen. Übungen und Ergebnissicherung Die Informationsseiten bilden Themenblöcke oder "Bausteine". Nach jeweils einem Baustein schließen sich Übungsseiten an, mit deren Hilfe das Gelernte überprüft und die Lernergebnisse gefestigt werden (Abb. 6). Dabei kommen in der Regel recht kurz gehaltene Multiple-Choice-Aufgaben, Lückentexte oder Wortpuzzles zum Einsatz, an einigen Stellen allerdings auch komplexere Aufgabenstellungen. Die Übungen bieten auch die Möglichkeit zur Differenzierung - leistungsstärkere Schülerinnen und Schüler, die schneller mit dem Programm fertig werden, können zusätzliche Aufgaben lösen. Den Abschluss des Programms bildet eine Lückentextübung zum TEM. Anwendungssimulation Im Anschluss an das tutorielle System folgt eine kleine Simulation. Hier haben die Schülerinnen und Schüler ein virtuelles TEM vor sich, in dem sie die Goldsole virtuell untersuchen können. Hierbei handelt es sich um eine Anwendungssimulation. Die Lernenden sollen die Handhabung des TEM prinzipiell verstehen. Dabei führen sie dieselben "Handgriffe" aus, die sie auch im Umgang mit einem realen TEM ausführen müssten (Abb. 7). Bei Fehlern - wenn zum Beispiel vergessen wird, in der Probenkammer ein Vakuum anzulegen - gibt das Programm eine entsprechende Rückmeldung ("Vorsicht, überprüfe dein Vorgehen"). 1. Partikel mit Potenzial: Nanoteilchen und Kolloide Das erste Arbeitsblatt (1_nanoteilchen_groessenvergleiche.pdf) führt die Begriffe Nanoteilchen und Kolloide ein. Der Text beginnt mit den Begriffsbestimmungen. Daran knüpfen sich fünf Aufgaben an, die den Schülerinnen und Schülern helfen sollen, sich die Dimensionen der Nanowelt in Relation zur Lebenswelt zu veranschaulichen: Die Lernenden sollen die Dimension des Nanometers durch Vergleiche mit Gegenständen aus ihrem alltäglichen Erfahrungsbereich erfassen. Nur durch diese Vergleiche ist es möglich, die winzigen Dimensionen zu verdeutlichen. Unbekanntes wird auf Bekanntes zurückgeführt und kann besser gelernt und verstanden werden. Aufgabe 3 ermöglicht es den Lernenden mit einem kleinen Experiment, sich selbst die Größe zu veranschaulichen und die Ergebnisse direkt zu sehen. Die Dimension des Nanometers wird im Experiment natürlich nicht erreicht, dennoch wird sie erlebbar und besser vorstellbar. 2. Eigenschaften von Nanopartikeln und Kolloiden Das zweite Arbeitsblatt (2_eigenschaften_nanoteilchen_kolloide.pdf) soll die Veränderung der physikalischen, chemischen und biologischen Eigenschaften eines Stoffs in Abhängigkeit von seinem Zerteilungsgrad veranschaulichen. Die Verkleinerung eines Stoffes in nanoskalige Dimensionen führt zu völlig neuen Werkstoffeigenschaften. In der ersten Aufgabe wird zunächst veranschaulicht, dass mit zunehmendem Zerteilungsgrad die Oberfläche eines Stoffes wächst und somit eine viel größere Oberfläche reagieren kann. Die Auswirkung einer größeren Oberfläche auf die Reaktionsgeschwindigkeit kennen die Schülerinnen und Schüler aus Standard-Experimenten des Chemieunterrichts, wie zum Beispiel der Verbrennung eines Eisennagels gegenüber der Verbrennung von Stahlwolle. In einem Versuch sollen die Lernenden nun entdecken, dass sich mit zunehmendem Zerteilungsgrad auch physikalische Eigenschaften verändern, wie zum Beispiel das magnetische Verhalten eines Stoffs. Die Reaktionsgleichung wird auf den Arbeitsblättern angegeben, da sie mit dem den Schülerinnen und Schülern zu Verfügung stehenden Vorwissen nicht aufgestellt werden kann, von diesen aber zum Verständnis der Reaktion benötigt wird. Zusätzlich wird der Begriff des Hydrats kurz vorgestellt, da als Ausgangsstoffe Eisen(III)-chlorid-Hexahydrat und Eisen(II)-Chlorid-Tetrahydrat eingesetzt werden und der Hydrat-Begriff aus dem Unterricht in dieser Form nicht geläufig ist. 3. Unterscheidung zwischen echten und kolloidalen Dispersionen Mit dem dritten Arbeitsblatt (3_dispersionen.pdf) lernen die Schülerinnen und Schüler den Tyndall-Effekt als eine Möglichkeit kennen, zwischen echten Lösungen und kolloidalen Systemen zu unterscheiden. In einem Versuch werden verschiedene Lösungen beziehungsweise Dispersionen mithilfe des Tyndall-Effektes identifiziert. Mit der Aufgabe, für die Dispersionen das Dispersionsmittel und die disperse Phase anzugeben, wird an das Vorwissen der Lernenden angeknüpft, da die Einteilung von Stoffgemischen bereits in Klasse 8 erlernt wird. 4. Herstellung von Goldkolloiden Das vierte Arbeitsblatt (4_goldkolloide.pdf) beschreibt einen Versuch zur Herstellung von Gold-Nanopartikeln unterschiedlicher Größe. Zum Einstieg werden Verwendungsmöglichkeiten von Gold-Nanopartikeln aufgezeigt und hervorgehoben. Durch die Herstellung von Gold-Nanopartikeln wird mit der Farbe eine weitere spezifische Stoffeigenschaft angesprochen. Sie ändert sich mit zunehmendem Zerteilungsgrad von dem charakteristischen Goldgelb bis hin zu Rot. Hierbei handelt es sich um einen Größenquantisierungseffekt (englisch "quantum size effect"): sehr kleine Teilchen unterliegen mit abnehmender Teilchengröße zunehmend den Gesetzen der Quantenmechanik, woraus sich die Änderung der Eigenschaften von Nanopartikeln im Vergleich zu grobkristallinen Stoffen der gleichen chemischen Zusammensetzung erklärt. Die einführenden Texte dienen zur Motivation der Schülerinnen und Schüler, in einem Experiment selbst Gold-Nanopartikel herzustellen. 5. Arbeitsblatt und interaktive Lernumgebung Für die Bearbeitung der Aufgabenstellungen des fünften Arbeitsblatts (4_2_goldkolloide.pdf) kann die Flash-Lernumgebung zur Herstellung von Goldkolloiden herangezogen werden. Die Aufgabe greift auf bereits vorhandenes Wissen zurück, wie zum Beispiel den erweiterten Redox-Begriff, und fungiert auch als Ergebnissicherung für neu erlernte Inhalte. Die Fragen können nach der Arbeit mit der Lernumgebung beantwortet werden. Teilweise müssen Lerninhalte aus den vorangegangenen Arbeitsblättern angewendet werden, sodass durch zusätzliche Wiederholung eine Festigung des Gelernten gewährleistet werden kann. Einsatzmöglichkeiten Das virtuelle Experiment zur Herstellung verschiedenfarbiger Goldsole veranschaulicht die Vorgänge auf der Teilchenebene. Mit ihm wird auch erarbeitet, dass die Farbe der Goldsole von der Größe der Nano-Goldpartikel abhängig ist. Die Lernumgebung kann flexibel eingesetzt werden: Schülerexperiment und virtuelles Experiment Nach der experimentellen Herstellung von Goldsolen im Schülerversuch (im Chemielabor der Schule oder in außerschulischen Schülerlaboren) kann die Lernumgebung zur Herstellung von Goldsolen zur "virtuellen Wiederholung" und insbesondere zur Darstellung der Vorgänge auf der Teilchenebene genutzt werden. Lernende experimentieren nur "virtuell" Besteht keine Möglichkeit, den Versuch als Schülerexperiment durchzuführen, können die Lernenden die Herstellung von Goldsolen auch ausschließlich am Rechner durchführen - im Idealfall in Partnerarbeit im Computerraum der Schule. Präsentation per Beamer Alternativ oder zusätzlich zur Bearbeitung im Computerraum kann die Lehrperson die Flash-Animationen zur Unterstützung des Unterrichtsgesprächs im Fachraum per Beamer einsetzen. Die Lehrperson oder einzelne Schülerinnen und Schüler können den Prozess dann noch einmal für alle beschreiben. Einsatzmöglichkeiten Dieses Lernmodul ist für die Einzel- oder Partnerarbeit am Rechner konzipiert. Alternativ können die Animationen und interaktiven Übungen aber auch zur Unterstützung des Unterrichtsgesprächs (Beamerpräsentation) genutzt werden. Die Lernumgebung zum TEM kann natürlich auch in anderen unterrichtlichen Zusammenhängen - unabhängig von der Herstellung von Goldsolen - zum Einsatz kommen. Prete, Katrin Visualisierung von Nanopartikeln mittels TEM und STM, aufgearbeitet als eine mediengestützte Unterrichtseinheit, Wissenschaftliche Staatsexamensarbeit, Saarbrücken 2009 Zehren, Walter Forschendes Experimentieren im Schülerlabor , Dissertation, Saarbrücken 2009 Sepeur, Stefan Nanotechnologie - Grundlagen und Anwendungen, Vincentz Network, Hannover 2008 Dörfler, Hans-Dieter Grenzflächen und kolloid-disperse Systeme, Springer-Verlag, Berlin und Heidelberg 2002 Hempelmann, Rolf; Zehren, Walter; Mallmann, Matthias Nanotechnologie im Schulunterricht, NanoBioNet Newsletter II/2008, nanotechnologie aktuell 2, 88-91 (2009) Walter Zehren ist Studienrat an der Saarbrücker Marienschule und teilabgeordnet an die Universität des Saarlandes. Dort leitet er das Schülerlabor NanoBioLab und hat zum Thema Forschendes Experimentieren im Schülerlabor promoviert. Rolf Hempelmann ist Professor für Physikalische Chemie und Geschäftsführender Leiter des Transferzentrums Nano-Elektrochemie an der Universität des Saarlandes. Er ist Betreiber des Schülerlabors NanoBioLab und Sprecher des Saarländischen Schülerlaborverbunds SaarLab.

Diese fächerübergreifende Unterrichtseinheit zum Thema "Analytische Geometrie" nimmt Dürers Kupferstich MELENCOLIA I von 1514, das als "mathematischste" Arbeit des Renaissancekünstlers gilt, ins Visier. Vielfach wird in Besprechungen des Werks das darin enthaltene "Magische Quadrat" in den Vordergrund gestellt. Beeindruckender aber ist die bis ins Detail gehende geometrische Planung der Grafik im Dienst zunächst verborgener weltanschaulicher und autobiografischer Aussagen.Schon die Meraner Reformvorschläge (1905) nennen als anzustrebendes Ziel des Mathematikunterrichts "...endlich und vor allem die Einsicht in die Bedeutung der Mathematik für die moderne Kultur überhaupt." In den "Bildungsstandards im Fach Mathematik für den Mittleren Schulabschluss" ist zu lesen: "Mathematikunterricht ... ermöglicht ... folgende Grunderfahrungen: technische, natürliche, soziale und kulturelle Erscheinungen und Vorgänge mit Hilfe der Mathematik wahrnehmen, verstehen und unter Nutzung mathematischer Gesichtspunkte beurteilen". Die hier vorgeschlagene Unterrichtseinheit gibt Gelegenheit, eine solche Grunderfahrung am Beispiel eines Künstlers aufzunehmen, der sich selbst mindestens ebenso sehr als Mathematiker wie als Maler betrachtete. Von Dürer stammt übrigens auch das erste deutschsprachige Mathematikbuch. Voraussetzungen Eine erste Einführung in die Darstellungsmethode der Zentralperspektive sollte im Kunstunterricht vorausgegangen sein. Im Mathematikunterricht sollten im Rahmen der Themen "Zentrische Streckung" und "Ähnlichkeit" grundlegende Begriffe und Konstruktionsmethoden vermittelt sein. Vorgehen Die Unterrichtseinheit empfiehlt sich für eine fächerübergreifende Zusammenarbeit von Mathematik , Bildender Kunst und eventuell Religion mit projektorientierter Unterrichtsgestaltung. Schülerinnen und Schüler sollten angeleitet werden zu (beispielsweise) Recherchen zur Biografie Dürers, Grundeinstellungen des Humanismus, mathematischen Interessen und Aktivitäten Dürers, Ängsten und Konflikten im Zusammenhang mit historischen Ereignissen in Dürers Lebenszeit. Anschließend stellen sie die Ergebnisse ihrer Recherchen in Kurzreferaten oder in einer Wandzeitung vor. Ablauf Hinweise zum Unterrichtsverlauf "Dürers MELENCOLIA I" Hier sind unterrichtliche Voraussetzungen sowie Vorschläge zur Erarbeitung des Themas zusammengetragen. Fachkompetenz Die Schülerinnen und Schüler erkennen, wie Dürer mit geometrischen Methoden (Streckenhalbierung, Diagonalen, Goldenes Rechteck, Goldener Schnitt, Zentralperspektive) den Bildaufbau in MELENCOLIA I konzipiert hat. analysieren, wie er durch Anordnen bildwichtiger Elemente auf Geraden weltanschauliche und auf sich selbst bezogene Aussagen formuliert hat. ziehen geometrische Konstruktionsmethoden, die in MELENCOLIA I angewendet wurden, nach. Materialien und Werkzeuge Alle Schüler sollten eine einigermaßen deutliche Kopie des Kupferstichs MELENCOLIA I ausgehändigt bekommen, deren Ränder nicht beschnitten sind. Im Internet ist beispielsweise hier eine solche zu finden. Darüber hinaus sollte ein Kunstdruck in DIN-A2-Größe vorhanden sein. Der Kupferstich ist sehr detailreich, und die Einzelheiten erschließen sich erst bei einer sehr deutlichen Reproduktion. Zur Ausführung der geometrischen Konstruktionen empfiehlt sich eine dynamische Geometriesoftware, die es zulässt, eine Abbildung der MELENCOLIA I in den Hintergrund zu legen, so dass zum Beispiel der Goldene Schnitt darüber konstruiert werden kann. Fachliche Voraussetzungen Bei geometrischer Analyse entdeckt man in der Flächenaufteilung der MELENCOLIA I Beispiele für stetige Teilungen (Goldener Schnitt, Goldenes Rechteck). Diese sind der Ähnlichkeitslehre zuzuordnen, und diese steht in Klasse 9/10 der allgemeinbildenden Schulen auf dem Lehrplan. Der Bildaufbau von MELENCOLIA I ist nach den Grundsätzen der Zentralperspektive gestaltet - hier sollten die Schülerinnen und Schüler über Vorkenntnisse verfügen (Regeln der zentralperspektivischen Darstellung, aber auch: orthogonale Projektionen eines Körpers). Historische/Kunsthistorische Recherche als arbeitsteilige Gruppenarbeit Man kann zwar den Ansprüchen des wohl bekanntesten Dürer-Deuters, Erich Panofski, nicht genügen, und alle denkbaren Beziehungen zu nationalen, epochalen, philosophischen und religiösen Hintergründen herstellen, aber man kann näherungsweise versuchen, den Horizont von Dürers Lebenswelt abzustecken. Dazu sind beispielsweise folgende Rechercheaufträge in Gruppen-/Partnerarbeit zu erteilen/anzubieten: Dürers Biografie Die Lernenden tragen die Lebensdaten und Hauptereignisse in Dürers Werdegang als Renaissancekünstler zusammen. Dürers Religiosität Dürer war geprägt von tiefer Spiritualität. In seinem Werk hat er zahlreiche religiöse Darstellungen (beispielsweise 16 Holzschnitte nach der Geheimen Offenbarung des Johannes, Rosenkranzfest, Die vier Apostel) geschaffen. Der Arbeitsauftrag soll eine Verbindung zwischen in der MELENCOLIA I dargestellten Objekten und Bibelworten herstellen, zum Beispiel durch Stichwortsuche in der Internet-Ausgabe der Bibel zu: Maß, Zahl, Gewicht / Tag - Nacht / Bogen / Braut / Leiter / Kind / Mühlstein / Engel / Stein. Politische und religiöse Konflikte in Dürers Epoche Hier sollte vor allem herausgearbeitet werden, dass vielfach in Deutschland religiös motivierte Aufstände gegen kirchliche und weltliche Obrigkeit aufbrachen (Reformation, Wiedertäufer, Bauernkriege), in denen sich aber auch Weltuntergangsängste und Besorgnis um den "wahren" Glauben dokumentierten. Wandel des Weltbilds - Humanismus Der Humanismus ist verbunden mit der in der Renaissance stattfindenden Rückbesinnung auf die (wiederentdeckten) Werke der römisch-griechischen Antike. Die Humanisten sehen in der freien Entfaltung der Persönlichkeit des Menschen durch Bildung die vorrangige Aufgabe. Verbunden ist dies mit einer Zuwendung zur Welt und damit zu den Naturwissenschaften einerseits und einer Kritik an kirchlichen Praktiken andererseits. Gewissensfreiheit und Menschenwürde sind Werte, die ihre historischen Wurzeln im Humanismus haben. Dürer als Mathematiker Albrecht Dürer war mathematischer Autodidakt, vor allem durch Selbststudium einer der ersten gedruckten Ausgaben von Euklids "Elementen". Unter seinen nachgelassenen Werken finden sich drei mathematische: Unterweysung der Messung mit dem Zirkel und Richtscheyt in Linien, Ebenen und ganzen Körpern (1525), Unterricht zur Befestigung der Stett, Schloß und Flecken (1527), Vier Bücher von menschlicher Proportion (1528) Melancholie - Krankheit, Sünde oder Preis der Kreativität Die Symptome der Melancholie sind relativ klar zu beschreiben. In der Renaissance hat sich vor dem Hintergrund der Zuschreibung antiker Autoren der Melancholie als Eigenschaft kreativer Menschen ein Wandel in ihrer Bewertung vollzogen. Weitere Arbeitsaufträge Weitere Arbeitsaufträge sind möglich, beispielsweise Zahlensymbolik oder religiöse Symbolik überhaupt betreffend, die Rezeption von Dürers MELENCOLIA I bei anderen bildenden Künstlern oder in der Literatur zu untersuchen. Vortrag und Wandzeitung Auf der Grundlage der Recherchenresultate erarbeiten die Schülerinnen und Schüler Kurzvorträge, die die wichtigsten Informationen zu den jeweiligen Recherchethemen enthalten. Die Resultate sollen als Thesenpapier zusammengefasst und in einer Wandzeitung - zusammen mit illustrierenden Abbildungen - der Klasse präsentiert werden. Geometrische Aktivitäten Mit dynamischer Geometriesoftware werden die Konstruktionen von Goldenem Schnitt und Goldenem Rechteck erarbeitet und nach diesen Proportionen vollzogene Objektanordnungen in MELENCOLIA I aufgesucht. Im Bild sind zu bestimmen: Fluchtlinien und Fluchtpunkt der zentralperspektivischen Darstellung, die Mittelpunkte von Regenbogen und Kugelumriss, der Schnittpunkt der Seitenhalbierenden des Bodendreiecks von Dürers geheimnisvollem Polyeder. Von diesem sollte auch eine Skizzierung des Grundrisses versucht werden. Die Schülerinnen und Schüler können anschließend ein Kartonmodell des Polyeders anfertigen. Deas zugehörige Polyedernetz finden Sie im Arbeitsblatt melencolia_polyeder_netz.pdf. Kunsthistorische Analyse von Bildaussagen Mit dem Hinweis darauf, dass Dürer bildwichtige Elemente dadurch in Relation zueinander gesetzt hat, dass er sie oder ihre Mittelpunkte auf Geraden angeordnet hat, suchen Schülerinnen und Schüler nach solchen Geraden und versuchen sie als Aussagen zu interpretieren (im Sinn der Lernziele: bewusstes Wahrnehmen und Verwenden von Gestaltungsmitteln der Bildorganisation und deren Ausdrucksqualitäten sowie die Fähigkeit, Fachbegriffe der Werkbetrachtung in Bezug auf Absicht und Wirkung einsetzen zu können).

Auf dieser Seite haben wir Informationen und Anregungen für Ihren Physik-Unterricht zum Themenkomplex Akustik für Sie zusammengestellt. Wissenschaftler der Universität in Bristol verwendeten Spektogramme für die Analyse der Rufe von 585 Füchsen. Sie identifizierten 20 Ruftypen und schlugen Bedeutungen für diese vor. Daraus ergibt sich die Frage, ob wir mithilfe der Wissenschaft Emotionen von Tieren interpretieren können. Der BowLingual Hundeübersetzer liefert einen ersten Ansatz für die Analyse von Hundebellen. Die Schülerinnen und Schüler wenden Kenntnisse über Schallwellen an und entscheiden anhand von Forschungsergebnissen, ob das Gerät hält, was es verspricht. Dabei gehen sie der Frage nach, ob die Schallwellen in menschliche Sprache übersetzt werden können. Thema Was sagt der Fuchs? Tierlaute interpretieren Anbieter ENGAGE Fach Physik Zielgruppe Sekundarstufe I Zeitraum 1-2 Schulstunden Technische Voraussetzungen Computer mit Internetzugang Tabellarischer Verlaufsplan Verlaufsplan "Was sagt der Fuchs?" Wissenschaftliches Arbeiten Analyse und Evaluation - Präsentation begründeter Erklärungen, einschließlich Erklärung von Daten in Bezug auf Vorhersagen und Hypothesen. Physik Wellen - Schallwellenfrequenz, gemessen in Hertz (Hz). Wellen in Materie - Beschreibung von Wellenbewegungen bezogen auf Amplitude, Wellenlänge, Frequenz und Periode. Die Schülerinnen und Schüler wenden Kenntnisse über Schallwellen an. lernen, eine mündliche oder schriftliche Argumentation, die durch empirische Beweise und wissenschaftliche Begründungen gestützt wird, auszuarbeiten und zu präsentieren. entscheiden, ob genug Beweise vorhanden sind, die die Behauptung stützen, dass ein Gerät das Bellen eines Hundes interpretieren kann. Über das Projekt Das Projekt ENGAGE ist Teil der EU Agenda "Wissenschaft in der Gesellschaft zur Förderung verantwortungsbewusster Forschung und Innovation" (Responsible Research and Innovation, RRI). ENGAGE Materialien werden durch das von der Europäischen Kommission durchgeführte Projekt ENGAGE als Open Educational Resources herausgegeben. Die Schülerinnen und Schüler sollen die Definitionsgleichung der Geschwindigkeit kennen. wissen, wie die Durchschnittsgeschwindigkeit eines sich bewegenden Körpers bestimmt werden kann. die Zeit, die der Schall zur Ausbreitung einer definierten Strecke benötigt, mithilfe eines Computers und eines Kopfhörers experimentell bestimmen können. ein Experiment zur Bestimmung der Schallgeschwindigkeit in Luft (optional auch in Wasser) beschreiben und durchführen können. den Wert der Schallgeschwindigkeit in Luft (optional auch in Wasser) für eine Temperatur von 20 Grad Celsius kennen und wissen, dass dieser mit der Temperatur variiert. wissen, dass sich die Schallwellen in verschiedenen Materialien unterschiedlich schnell ausbreiten. Die Schülerinnen und Schüler sollen mit einer geeigneten Tonanalyse-Software (zum Beispiel Cool Edit) ein aufgenommenes Signal auswerten können. Oszillogramme interpretieren können. Thema Bestimmung der Schallgeschwindigkeit in Luft und Wasser Autor Patrik Vogt Fach Physik Zielgruppe Klasse 9-10 Zeitraum mindestens 2 Stunden Technische Voraussetzungen ein Computer und ein Stereokopfhörer pro Schülergruppe, Maßband, Tonanalyse-Software - zum Beispiel Cool Edit (Shareware, Windows), GoldWave (Windows, Shareware) oder Nero Wave-Editor Beobachtet man den Start eines Wettlaufs aus mehreren hundert Metern Entfernung, so liegt zwischen der optischen Wahrnehmung des Klappenschlags und des zu hörenden Knalls eine merkliche Zeitdifferenz. Dieser Effekt, den die Schülerinnen und Schüler aus dem Sportunterricht kennen, zeigt, dass die Ausbreitung des Schalls mit einer endlichen Geschwindigkeit erfolgt. Weitere Alltagserfahrungen führen zur gleichen Schlussfolgerung. Besonders eindrucksvoll ist die Zeitdifferenz zwischen der Wahrnehmung von Blitz und Donner bei einem weit entfernten Gewitter, aus der die Entfernung des Unwetters geschätzt werden kann. Bestimmung der Schallgeschwindigkeit Verschiedene experimentelle Varianten werden hier vorgestellt. Ein Low-Cost-Arrangement eignet sich zur Bestimmung der Schallgeschwindigkeit in Luft und in Wasser. Die Schülerinnen und Schüler sollen akustische Phänomene mit einem Audio-Editor aufzeichnen und analysieren. anhand exemplarischer Fragestellungen fächerübergreifendes Wissen erarbeiten, für das Inhalte aus der Mathematik, Physik, Biologie und Musik benötigt werden. den Computer als Mess- und Auswertungsgerät sowie zur Darstellung der Ergebnisse (html-Seiten) einsetzen. Thema Hörexperimente mit der Soundkarte Autoren OStR Gert Braune, Prof. Dr. Manfred Euler Fächer Physik, Mathematik, Biologie, Musik Zielgruppe Klasse 10 (Gymnasium); vertiefender Unterricht des 11. oder Projektunterricht des 13. Jahrgangs (Projektwoche) Zeitraum 3 Wochen bei Zusammenlegung aller Physik-, Mathematik- und Musikstunden in der Projektklasse Technische Voraussetzungen Windows-Rechner mit Browser und Soundkarte pro Gruppe (3 Schülerinnen und Schüler), Kopfhörer, Mikrofone, ggf. Internet Software Audio-Editor wie GoldWave oder CoolEdit96, Dekoder (kostenlos im Internet) Wird das Projekt (wie hier beschrieben) in die 10. Klasse eingebettet, so sollten die Schülerinnen und Schüler über grundlegende Vorkenntnisse in Bezug auf trigonometrische Funktionen verfügen, zum Beispiel den Graphen einer Sinusfunktion kennen und zeichnen können. Kenntnisse über Exponential- und Logarithmusfunktionen wären vorteilhaft, weil man dann zum Beispiel die Bezeichnung "dB" besser verstehen kann. Sie sind aber nicht unbedingt erforderlich. Projektverlauf Hinweise zur technischen Ausstattung, Einführung, arbeitsteilige Gruppenarbeit, Präsentation der Ergebnisse Erfahrungen und Ergebnisse aus der Erprobung Tipps zu den Hörexperimenten aus der Unterrichtspraxis, Screenshots aus den Programmen und Arbeitsergebnisse Prof. Dr. Manfred Euler ist Direktor der Abteilung Physikdidaktik am IPN und lehrt Didaktik der Physik an der Universität Kiel. Er ist derzeit vor allem im Rahmen verschiedener nationaler und internationaler Initiativen und Projekte zur Verbesserung der Qualität des naturwissenschaftlichen Unterrichts tätig.