MINT: Willkommen im Fachbereich

In dieser Unterrichtseinheit für den Physikunterricht der Sekundarstufe I lernen die Schülerinnen und Schüler das Prinzip des Wärmetauschers im Kontext des Sanitär-Heizung-Klima-Handwerks (SHK) kennen. Dabei werden die grundlegenden thermodynamischen Fachbegriffe und Sätze wiederholt. Die Unterrichtseinheit bearbeitet das Thema "Wärmetauscher" und knüpft dabei im Kontext Sanitär, Heizung und Klima an die Erfahrungswelt der Schülerinnen und Schüler an. Die Unterrichtseinheit kann in vier Einzelstunden oder alternativ in zwei Doppelstunden bearbeitet werden. Zunächst wird über die Raumtemperatur im eigenen Zuhause an die Alltagserfahrung der Schülerinnen und Schüler angeknüpft. In diesem Kontext wird auf die Übertragung von Wärme übergeleitet, welche die Schülerinnen und Schüler in einem Experiment zum Temperaturausgleich untersuchen. Dabei werden grundlegende Kompetenzen, wie das Formulieren von Hypothesen und das Entwickeln einer Versuchsskizze geübt. Für leistungsstarke Schülerinnen und Schüler werden Differenzierungen angeboten. Bei der Auswertung des Experimentes wird an die Hauptsätze der Thermodynamik angeknüpft. Zum Abschluss der Stunde wird der Bezug zum SHK-Handwerk hergestellt. Dies kann optional als Hausaufgabe ausgelagert werden. In der zweiten Stunde erarbeiten sich die Schülerinnen und Schüler mit Hilfe einer Animation die Funktionsweise eines Wärmetauschers. Für besonders leistungsstarke Schülerinnen und Schüler wird eine Zusatzaufgabe angeboten. Für leistungsschwächere Schülerinnen und Schüler steht eine Wiederholung zu grundlegenden thermodynamischen Fachbegriffen und Sätzen bereit. Als Stundenabschluss erfolgt wieder die Anknüpfung an den Heizungs-Kontext. In der dritten Stunde lernen die SchülerInnen und Schüler verschiedene Arten und Anwendungen von Wärmetauschern in einem Gruppenpuzzle kennen. Dabei wird das sach-, situations- und adressatenbezogene Präsentieren von Ergebnissen geübt. In der vierten Stunde besucht die Klasse den Heizungsraum der Schule. Dort haben die Schülerinnen und Schüler die Möglichkeit, die in der Unterrichtseinheit erarbeiteten Inhalte im konkreten Anwendungskontext wiederzuentdecken und zu festigen. Wenn kein Heizungsraum in der Schule verfügbar ist, können Schülerinnen und Schüler alternativ einen virtuellen Heizungsraum im Internet recherchieren und analysieren. Dazu können frei zugängliche Bilder, Videos oder virtuelle Rundgänge genutzt werden, die die Funktionsweise und den Aufbau einer Heizungsanlage anschaulich darstellen. Um das Thema "Wärmetauscher" fachlich fundiert einführen zu können, sind Vorkenntnisse zu den thermodynamischen Fachbegriffen Wärme, Energie und Temperatur notwendig. Diese können im Rahmen der Unterrichtseinheit noch einmal aufgegriffen und vertieft werden. Die in der Unterrichtseinheit hergestellten Bezüge zur Heizungs- und Klimatechnik sind den Schülerinnen und Schülern aus persönlichen Alltagserfahrungen bekannt. Dadurch kann die Unterrichtseinheit das Interesse der Schülerinnen und Schüler wecken, da sie ihnen ermöglicht, physikalische Phänomene in ihrem täglichen Leben zu erkennen und besser zu verstehen. Die erlernten physikalischen Zusammenhänge können auch im späteren beruflichen Kontext eine Rolle spielen, so beispielsweise im Bereich des Sanitär-Heizung-Klima-Handwerks . Um das komplexe Thema "Wärmetauscher" für alle Lernenden verständlich zu machen, wurden die Inhalte didaktisch reduziert. So werden lediglich drei wesentliche Bauarten des Wärmetauschers unterschieden und deren Aufbau nur schematisch behandelt. Auch die verschiedenen Heiztechniken, welche im Zuge der Unterrichtseinheit benannt werden, werden nicht vertieft behandelt. Für leistungsschwächere Schülerinnen und Schüler steht außerdem eine Wiederholung zu grundlegenden thermodynamischen Fachbegriffen und Sätzen bereit. Leistungsstarke Schülerinnen und Schüler erhalten hingegen an verschiedenen Stellen die Möglichkeit, über zusätzliche Aufgaben und Denkanstöße Inhalte zu erarbeiten, die eine Transferleistung erfordern. Auch das verstärkte Arbeiten in Gruppen ermöglicht es den Schülerinnen und Schülern in dieser Unterrichtseinheit, entsprechend ihrer Stärken und Schwächen zu lernen und zu interagieren. So können leistungsstärkere Schülerinnen und Schüler schwächere unterstützen. Im Bereich der Kommunikation üben die Schülerinnen und Schüler außerdem das Erschließen und Aufbereiten von Informationen. Auf naturwissenschaftliche Methoden der Erkenntnisgewinnung wie das Entwickeln und Bearbeiten physikalischer Fragen und das experimentelle Arbeiten wird ein besonderer Fokus gesetzt. Fachkompetenz Die Schülerinnen und Schüler beschreiben thermische Systeme und ihre Komponenten. erklären den Temperaturausgleich unterschiedlich temperierter Körper. beschreiben Komponenten technischer Geräte und anderer Objekte. kennen den Zusammenhang zwischen thermischer Energie und Wärme. Kommunikationskompetenz Die Schülerinnen und Schüler üben, naturwissenschaftliche Fragen zu formulieren. üben, grafische Darstellungen zu beschreiben. üben, sach-, situations- und adressatenbezogen Untersuchungsmethoden und Ergebnisse zu präsentieren. Medienkompetenz Die Schülerinnen und Schüler üben, digitale Werkzeuge bedarfsgerecht einzusetzen. üben, Informationen aus einem Text aufgabengeleitet zu entnehmen und wiederzugeben.

In dieser Unterrichtseinheit für den Physikunterricht der Sekundarstufe I lernen die Schülerinnen und Schüler die Temperatur als physikalische Größe kennen. Sie führen Temperaturmessungen durch und untersuchen die Auswirkungen von Temperaturänderungen bei den drei Aggregatzuständen. Dabei werden Bezüge zum Sanitär-, Heizungs- und Klimahandwerk hergestellt. Die Unterrichtseinheit bearbeitet entsprechend des Hessischen Lehrplans für das Fach Physik das Thema “Aggregatzustände und Aggregatzustandsänderungen“. Konkret sind die behandelten Inhalte im Themenfeld “Wärmelehre“ verankert. Die Unterrichtseinheit bettet Beispiele und Anwendungen aus dem Sanitär-, Heizungs-, Klimahandwerk in das physikalische Themenfeld der Thermodynamik ein. In der ersten Doppelstunde wird zunächst anhand eines Experiments zum subjektiven Temperaturempfinden das Thermometer als Instrument zur Temperaturmessung eingeführt. Die Schülerinnen und Schüler lernen verschiedene Thermometer und Temperaturskalen kennen und üben den Umgang mit dem Thermometer im Experiment. Die Auswertung des Experimentes erfolgt angeleitet in Form eines Temperatur-Zeit-Diagramms. Anknüpfend an das Sanitär-, Heizungs-, Klimahandwerk wenden die Schülerinnen und Schüler ihr in der ersten Doppelstunde erworbenes Wissen an, indem sie Thermometer und Temperaturmessungen an der heimischen Heizungsanlage entdecken und beschreiben. In der zweiten Doppelstunde lernen die Schülerinnen und Schüler die drei Aggregatzustände anhand eines Videos kennen. Sie beschreiben diese mit Hilfe des Teilchenmodells und wiederholen dabei den Modellbegriff. In der letzten Doppelstunde wird anhand verschiedener Freihand-Experimente das Verhalten verschiedener Körper bei Wärmezufuhr zunächst experimentell untersucht und anhand dessen wesentliche Kenntnisse zur Volumenänderung von festen Körpern, Flüssigkeiten und Gasen bei Temperaturänderungen erworben und formuliert. Die im Experiment erworbenen Kenntnisse werden anschließend auf verschiedene Beispiele aus dem Heizungsbereich angewendet. Die in der Unterrichtseinheit enthaltenen Themenbereiche Wärme, Temperatur, Temperaturmessungen und Aggregatzustände begegnen den Schülerinnen und Schülern in ihrem Alltag. Physikalische Inhalte werden in einen für die Lernenden sinnvollen Kontext, in diesem Fall schwerpunktmäßig aus dem Sanitär-, Heizungs- und Klimabereich, eingebettet. Dadurch kann die Unterrichtseinheit das Interesse der Schülerinnen und Schüler wecken, da sie ihnen ermöglicht, physikalische Phänomene in ihrem täglichen Leben zu erkennen und besser zu verstehen. Vorkenntnisse zum Modellbegriff sind für die in der zweiten Doppelstunde vorgesehene Erarbeitung des Teilchenmodells von Vorteil. Wissenslücken in diesem Bereich können jedoch im Rahmen der Unterrichtseinheit optional wiederholt beziehungsweise nachgearbeitet werden. Dadurch können auch leistungsschwächere Lernende unterstützt werden. Leistungsstarke Schülerinnen und Schüler erhalten an verschiedenen Stellen hingegen die Möglichkeit, über zusätzliche Aufgaben und Denkanstöße Inhalte zu erarbeiten, die eine Transferleistung erfordern. Im Bereich der Temperaturmessung in der ersten Doppelstunde ist es außerdem denkbar, besonders interessierte oder leistungsstarke Schülerinnen und Schüler als Referat oder Zusatzleistung das Thema “Kalibrierung eines Flüssigkeitsthermometers“ selbstständig vorbereiten zu lassen. In der Unterrichtseinheit werden verschiedene Methoden der Wissensvermittlung wie beispielsweise Einzel- und Gruppenarbeit und die Arbeit im Plenum angewandt, um eine Aktivierung aller Lerntypen zu erreichen. Das experimentelle Arbeiten als besondere naturwissenschaftliche Methode wird in dieser Einheit verstärkt angewandt und geübt. Im Bereich der Kommunikation üben die Schülerinnen und Schüler das Erschließen und Aufbereiten von Informationen. Fachkompetenz Die Schülerinnen und Schüler unterscheiden zwischen Wärmeempfinden und Temperatur kennen das Thermometer als Instrument zur Temperaturmessung beschreiben die Aggregatzustände und Phasenumwandlungen mit Hilfe des Teilchenmodells beschreiben die Auswirkungen von Temperaturänderungen auf Festkörper, Flüssigkeiten und Gase Medienkompetenz Die Schülerinnen und Schüler entnehmen Informationen aus einem Video zu Aggregatzuständen und Phasenübergängen nutzen vorgegebene Internetquellen für die Recherche weiterführender Informationen können digitale Werkzeuge bedarfsgerecht einsetzen können Informationen aus einem Text aufgabengeleitet entnehmen und wiedergeben Sozialkompetenz Die Schülerinnen und Schüler verbessern ihre Fähigkeiten ihre Erkenntnisse adressatengerecht zu präsentieren verbessern durch verschiedene Formen der Gruppenarbeit ihre Teamkompetenzen

In dieser Unterrichtseinheit für den Biologie- und Ethikunterricht der Sekundarstufe II zum Thema "Bionik und Autos" erarbeiten sich die Schülerinnen und Schüler selbstständig die Grundlagen der Bionik und lernen verschiedene bionische Anwendungen aus dem Alltag kennen. Der Schwerpunkt liegt dabei auf praxisnahen Beispielen aus dem Automobilbau, bei denen natürliche Vorbilder für technische Innovationen genutzt werden. In den letzten Jahren ist das Interesse an bionischen Entwicklungen – insbesondere im Hinblick auf das Thema Nachhaltigkeit – enorm gestiegen. Mithilfe der Bionik ist es möglich, nicht nur nachhaltige und umweltschonende Technologien und Produkte zu entwickeln, sondern dadurch auch Ressourcen einzusparen und so einen Beitrag zur Nachhaltigkeit zu leisten. Die vorliegende Unterrichtseinheit lässt sich in den Rahmenlehrplan der Sekundarstufe II für das Fach Biologie einordnen und orientiert sich an einem Thema, das sich vor allem in den letzten Jahren als eigenständige wissenschaftliche Disziplin etabliert hat. Die Bionik besitzt mittlerweile breitgefächerte Anwendungsmöglichkeiten, wobei die nachhaltigen Innovationen in vielen technischen Bereichen und auch im täglichen Alltag zum Einsatz kommen. Im Fokus dieser Unterrichtseinheit steht neben der Vermittlung der Grundlagen der Bionik vor allem die Anwendung bionischer Erfindungen im Alltag. Im späteren Verlauf der Einheit wird dann ein besonderes Augenmerk auf die Anwendungen aus dem Bereich des Automobilbaus gelegt. Abschließend haben die Schülerinnen und Schüler die Möglichkeit, ein eigenes Beispiel der Bionik zu erforschen und einen Vortrag oder wahlweise ein Poster zu entwickeln. Zusätzlich kann das Thema um ethische Aspekte erweitert werden, indem die Schülerinnen und Schüler ein Zitat aus dem zugrunde liegenden Text interpretieren und die Grenzen der Forschung und die Chancen (der Bionik) diskutieren. Optional kann eine Diskussion über Nachhaltigkeitsaspekte im Bereich des Kfz-Handwerks geführt werden, das sich aufgrund seiner Innovationsbereitschaft und seines Willens zu mehr Nachhaltigkeit als Lehrbeispiel eignet. Das Forschungsgebiet Bionik gewann vor allem in den letzten Jahren an Relevanz, da bei der Suche nach Lösungen für Fragstellungen zum Thema Nachhaltigkeit die Hilfe aus der Natur sehr willkommen ist. Das Thema Bionik eignet sich außerdem gut, um das Interesse der Schülerinnen und Schüler an Naturwissenschaften und Technik zu wecken, da es viele Berührungspunkte mit dem Alltag bietet. Die Unterrichtseinheit ist ideal für den Biologieunterricht der Sekundarstufe II geeignet. Thematisch eignet sie sich als vertiefende Ergänzung im Anschluss an den Themenblock „Evolution und Zukunftsfragen“, der in jedem Lehrplan zu finden ist. Da die Einheit biologische mit ethischen Themen vereint, kann sie aber auch fächerübergreifend für die Fächer Ethik, Gemeinschaftskunde oder Politik genutzt werden. Ein gewisses Grundwissen in Bezug auf den Umgang mit biologischen Fragestellungen, der in der Sekundarstufe I geschult wird, wird für die Bearbeitung der Aufgaben vorausgesetzt. Außerdem sollte die grundlegende Fähigkeit vorliegen, themenbezogen in verschiedenen Quellen zu recherchieren. Weitere Kenntnisse sind nicht notwendig. Die Einheit bietet ein breites Spektrum an Lernmethoden und Sozialformen, sodass der Unterricht interessant und abwechslungsreich gestaltet werden kann. Für die Erarbeitung der verschiedenen Aufgabenstellungen stehen Arbeitsblätter mit Info-Texten zur Verfügung. In einigen Aufgabenstellungen wird zusätzlich die eigene Recherchefähigkeit entwickelt und auch das kritische Hinterfragen geschult. Fachkompetenz Die Schülerinnen und Schüler erlangen Wissen über verschiedene Herangehensweisen in der Bionik. lernen verschiedene bionische Anwendungsbeispiele kennen. benennen die Ziele der Bionik. zeigen Möglichkeiten sowie Grenzen der Bionik auf. können ihr Wissen auf fächerübergreifende Fragestellungen anwenden. Medienkompetenz Die Schülerinnen und Schüler verfassen und vergleichen verschiedene Informationsquellen. wählen Medienangebote und Informationen selbständig aus. können Medieninhalte analysieren und kritisch bewerten. Sozialkompetenz Die Schülerinnen und Schüler verbessern ihre Kommunikationsfähigkeit, indem sie über ethische Fragen diskutieren und argumentieren. Verwendete Literatur Hill, B: Bionik: Lernen von der Natur; Duden Schulbuch-Verlag; 1. Auflage; Berlin; 2006. Zeuch, M; Was ist Was - Bionik; Tessloff-Verlag, Nürnberg; 2010.