Technik: Willkommen im Fachportal

In dieser Unterrichtseinheit zum Thema "Drohnen" erarbeiten sich die Schülerinnen und Schüler Grundlagen der modernen Drohnentechnik, wie diese entstand und was bei der zivilen Nutzung zu beachten ist. Drohnen – in der Fachwelt Unmanned Aircraft Systems (UAS) genannt – gelten für viele als Revolution der zivilen Luftfahrt. Sie können Baustellen inspizieren, Vermisste suchen, Blutkonserven transportieren oder eindrucksvolle Foto- und Videoaufnahmen liefern. Die Einsatzmöglichkeiten scheinen nahezu unbegrenzt, entsprechend dynamisch wächst der Drohnenmarkt. Die DFS Deutsche Flugsicherung GmbH verfolgt das Ziel, die Zukunft der neuen Verkehrsteilnehmer zu unterstützen und gleichzeitig die höchste Priorität, die Sicherheit im Luftraum, zu erhalten. Genaue Zahlen zur zivilen Nutzung von Drohnen liegen allerdings nicht vor, da in Deutschland nur eine Registrierungspflicht für Drohnen mit einem Startgewicht von mehr als 250 Gramm besteht. Einen wichtigen Rahmen setzt seit April 2017 die sogenannte „Drohnen-Verordnung“: Drohnenpilotinnen und -piloten müssen wissen, was erlaubt ist und was nicht – und sich im wörtlichen wie übertragenen Sinne versichern. Denn selbst kleine Multicopter können großen Schaden anrichten. In dieser Unterrichtseinheit steht deshalb die zivile Nutzung von Drohnen im Mittelpunkt. Die militärische Nutzung wird bewusst nur am Rande behandelt. Die vielfältigen zivilen Einsatzmöglichkeiten sind bereits für sich ein komplexes Thema, das in der Lerneinheit möglichst vielschichtig beleuchtet wird. Die Unterrichtseinheit beginnt zunächst mit der Einschätzung der Tragweite. Revolutioniert die Drohnentechnik tatsächlich die Luftfahrt? Bei der Erörterung dieser und vieler weiterer Fragen hilft Ralf Heidger, Experte aus dem Drohnen-Fachteam der DFS. Nach der geschichtlichen Einordnung wenden sich die Lernenden den Drohnentypen zu, die hauptsächlich für die schwindelerregenden Absatzzahlen sorgen: den Multicoptern. Nachdem die Schülerinnen und Schüler die Bauteile eines Multicopters erforscht und weitere Ausführungen von Drohnen kennengelernt haben, beschäftigen sie sich mit den zivilen Einsatzgebieten der unbemannten Luftfahrzeugsysteme. Deutliche Symbolkraft besitzen auch die Zeitungsschlagzeilen im Anschluss, die sich mit den Gefahren der zunehmenden zivilen Drohnennutzung befassen. Den Blick der Deutschen Flugsicherung auf das Thema Drohnen lernen die Schülerinnen und Schüler im großen Interview mit Ralf Heidger kennen. Mit welchen Angeboten sich die Gesetzeslage erschließen lässt, erfahren sie im Anschluss. Zum Abschluss dieser Unterrichtseinheit befassen sich die Lernenden noch mit Berufsperspektiven im Bereich der Luftfahrt. Das Thema "Drohnen" im Unterricht Die zivile Nutzung von Drohnen beziehungsweise Multicoptern nimmt immer weiter zu. Nicht nur privat werden Multicopter genutzt. Auch kommerziell kommt den unbemannten Flugobjekten eine immer größer werdende Bedeutung zu. Beispielsweise stoßen Paketlieferdienste an ihre Grenzen in der Zustellung. Hier wird bereits mit Multicoptern und einer kontaktlosen Zustellung experimentiert. Was wird in Zukunft möglich sein und wo sind technische, aber auch gesetzliche Grenzen? Für die Schülerinnen und Schüler lohnt es sich, wenn sie bereits frühzeitig einen Blick in die Zukunft werfen, um sich mit diesem Thema auseinanderzusetzen. Vorkenntnisse Fachliche und sprachliche Vorkenntnisse sind nicht nötig. Fachbegriffe und Abkürzungen werden gesondert in einem Glossar erklärt. Selbstständige Arbeit in (Klein-)Gruppen sollte jedoch vorausgesetzt werden. Didaktisch-methodische Analyse In dieser Unterrichtseinheit eignet sich die Gruppenarbeit für den Kompetenz- und Wissenserwerb. Eine Ausnahme bildet der Informationsteil am Ende: Da hier lediglich ein Informationstext gelesen wird, bietet sich Einzelarbeit – etwa als Hausaufgabe – an. Trotzdem ist eine Variation der Sozialformen in den anderen Phasen möglich. Gemeinsam ist allen Phasen eine anschließende Plenumsphase, in der die Lerngruppe Ergebnisse zusammenführt und diskutiert. Die Einheit umfasst sieben Kapitel. Zu jedem Kapitel gibt es ein Arbeitsblatt sowie bei Bedarf Materialblätter mit Zusatzinformationen. Die Kapitel und Arbeitsblätter sind unabhängig voneinander nutzbar und bauen nicht aufeinander auf. Dadurch können sie in beliebiger Reihenfolge eingesetzt, für Differenzierung kombiniert oder weggelassen sowie auf verschiedene Gruppen verteilt werden. Die Bearbeitung der gesamten Einheit mit allen Arbeitsblättern dauert etwa 4 bis 6 Unterrichtsstunden – abhängig vom Umfang der Auswertungs- und Diskussionsphasen. Fachkompetenz Die Schülerinnen und Schüler lernen bedeutende Erfindungen der Luftfahrt kennen. erarbeiten, wie Multicopter aufgebaut sind. unterscheiden zwischen Starrflüglern und Hybridsystemen. benennen zivile Einsatzgebiete und die damit einhergehenden Gefahren. machen sich mit der Gesetzlage zur Drohnennutzung vertraut. Medienkompetenz Die Schülerinnen und Schüler nutzen verschiedene digitale und analoge Medien zum Erkenntnisgewinn und als Diskussionsgrundlage. präsentieren Ergebnisse in verschiedenen Formaten. recherchieren selbstständig und bewerten Suchergebnisse hinsichtlich ihrer Aussagekraft. Sozialkompetenz Die Schülerinnen und Schüler präsentieren Arbeitsergebnisse adressatengerecht. arbeiten gemeinsam in verschiedenen Sozialformen. nehmen Rücksicht auf die Bedürfnisse anderer und respektieren Meinungen abseits der eignen.

In dieser Unterrichtseinheit erwerben die Schülerinnen und Schüler zunächst grundlegendes Wissen zur Bionik und erkunden deren Anwendungsfelder und Nutzen. Anschließend wenden sie ihr Wissen im Kontext Mobilität kreativ an und entwickeln eigene bionische Ideen. Bionische Erfindungen finden sich heute in vielen Produkten: vom Klettverschluss über selbstreinigende Oberflächen bis zu Flugzeugtragflächen und Leichtbau in Architektur, Automobilbau oder Prothetik. Die interdisziplinäre Verbindung von Biologie und Technik ist faszinierend und zukunftsweisend. Der Frage, worin die Faszination der Bionik liegt - in ihrer Vielfalt, Kreativität, Lösungskompetenz, Naturnähe oder Zukunftsfähigkeit - gehen die Lernenden nach, indem sie zentrale Argumente und zahlreiche Beispiele kennenlernen. Dabei befassen sie sich auch mit Grundlagen der Bionik, Entwicklung, Arbeitsweisen und Arbeitsbereichen der noch jungen Wissenschaft. Die Lernenden erschließen sich in arbeitsteiliger Gruppenarbeit das Wissenschaftsgebiet Bionik und präsentieren ihre Ergebnisse in einem Bionik Slam . Wie bionische Lösungen effizient, nachhaltig und ökonomisch sinnvoll sein können, erfahren sie unter anderem durch eine Videoreihe von Bremer Bionikstudierenden. Ein Artikel aus der von der Biologin und Unternehmensberaterin Janine M. Benyus gegründeten Bionik-Datenbank „AskNature" eröffnet den Blick auf ökonomische Hintergründe. Anschließend wenden die Lernenden ihr Wissen über bionische Innovationen an, indem sie wahlweise die Entwicklung eines Pkw oder eines Verkehrsflugzeugs simulieren. Im Fokus stehen dabei bionische Entwicklungen für Nachhaltigkeit, Funktionalität, Energieeffizienz sowie Materialkosten- und Abfallreduktion. Abschließend prüfen sie in einer Recherche zu Bionik-Studiengängen und einschlägigen technischen Ausbildungsberufen im dualen Studium, inwiefern die Zukunftswissenschaft Bionik für sie eine berufliche Perspektive bietet. Das Thema Bionik im Unterricht Unser Alltag und unsere Alltagsgegenstände werden ständig optimiert, zugleich wächst der Ruf nach ökologisch und ökonomisch nachhaltigen Lösungen. Hier setzt die Bionik an: Sie überträgt Prinzipien aus der Biologie auf die Technik, um Produkte leistungsfähiger, ressourcenschonender und effizienter zu machen. Da dieser Innovations- und Wirtschaftszweig zunehmend an Bedeutung gewinnt, sollten Lernende bereits in der Schule einen Einblick in seine aktuelle und zukünftige Relevanz erhalten. Vorkenntnisse Grundlagen über biologische Systeme und deren Wechselwirkungen untereinander sind vorteilhaft zur Beurteilung der Wirksamkeit bionischer Ideen und Vorhaben. Eine grundlegende Vorstellung vom Begriff „Bionik“ sollte vorhanden sein. Idealerweise kennen die Schülerinnen und Schüler bereits Alltagsbeispiele wie Klettverschluss oder Lotus-Effekt als bionische Innovationen. Zudem sind grundlegende Englischkenntnisse erforderlich, da einige Materialien und Link-Tipps nur auf Englisch vorliegen. Didaktisch-methodische Analyse In dieser Unterrichtseinheit eignet sich vor allem Gruppenarbeit zum Kompetenz- und Wissenserwerb. Die Ergebnisse werden anschließend im Plenum besprochen oder präsentiert. Lediglich der Rechercheauftrag am Ende kann je nach Interesse in Einzel- oder Paararbeit erfolgen. Die Lernenden erweitern dabei nicht nur ihre fachlichen Kompetenzen in Biologie und Technik, sondern stärken durch vielfältige Arbeits- und Präsentationsformen auch ihre Sozial- und Medienkompetenzen. Die Einheit umfasst fünf Kapitel. Zu jedem gibt es ein Arbeitsblatt und gegebenenfalls Materialblätter mit weiterführenden Informationen. Grundsätzlich können einzelne Kapitel und Arbeitsblätter auch unabhängig eingesetzt werden, sofern das nötige Vorwissen (beispielsweise für Arbeitsblatt 4) anderweitig erarbeitet wurde. Innerhalb der Einheit bauen die Kapitel jedoch aufeinander auf und sollten in chronologischer Reihenfolge bearbeitet werden. Zu Beginn klären die Lernenden den Begriff Bionik und tauschen sich über ihre Grundlagen aus. Anschließend werden verschiedene Bereiche und Teilgebiete betrachtet sowie erforscht, wie die Bionik für effiziente und nachhaltige Entwicklungen und Innovationen sorgen kann. Abschließend wenden die Lernenden ihr Wissen in der Simulation eines Verkehrsmittels an. Fachkompetenz Die Schülerinnen und Schüler übertragen biologische Phänomene auf technische Anwendungen. wenden ihr Wissen über biologische Systeme und deren technische Nutzung an. analysieren biologische Phänomene hinsichtlich ihrer möglichen wirtschaftlichen Bedeutung. entwickeln begründet einen Standpunkt zu aktuellen Forschungstendenzen und -ergebnissen der Bionik. Medienkompetenz Die Schülerinnen und Schüler nutzen verschiedene digitale und analoge Medien zum Erkenntnisgewinn und als Diskussionsgrundlage. präsentieren Ergebnisse in verschiedenen Formaten. recherchieren selbstständig und bewerten Suchergebnisse hinsichtlich ihrer Aussagekraft. Sozialkompetenz Die Schülerinnen und Schüler präsentieren Arbeitsergebnisse adressatengerecht. arbeiten gemeinsam in verschiedenen Sozialformen. nehmen Rücksicht auf die Bedürfnisse anderer und respektieren Meinungen abseits der eigenen.

In der Unterrichtseinheit "Upcycling mit Plastiktüten und Strohhalmen: Warum fliegt ein Drache?" erarbeiten die Lernenden das physikalische Prinzip "dynamischer Auftrieb" als eine zentrale Größe in der Strömungslehre und reflektieren die Folgen durch Plastikmüll für die Umwelt. Sie bauen pünktlich zum Herbst selbst einen Drachen aus einer Plastiktüte und Plastik-Strohhalmen und nähern sich damit dem Thema Fortbewegung in der Luft. Ein Verbot von Plastiktüten und Plastik-Strohhalmen in Deutschland bis 2021 rückt näher, doch bis alle Produkte durch eine entsprechende EU-Verordnung aus den Regalen verbannt sind, wird es lange dauern. Viele Plastiktüten und Plastik-Strohhalme sind täglich im Umlauf und landen als Wegwerfprodukt nach einmaliger Anwendung in der Mülltonne oder in der Umwelt. Beide Produkte tragen damit erheblich zur Verschmutzung der Meere und zum Klimawandel bei. Um auch den Lernenden dieses Problem bewusst zu machen, gehören die Themen Umweltschutz und Nachhaltigkeit unbedingt auch in den Unterricht. Daher sollen die Schülerinnen und Schüler in dieser Unterrichtseinheit fächerübergreifend in Physik und Geographie auf die ökologisch negativen Wirkungen dieses Plastikmülls aufmerksam gemacht und für die Umwelterziehung sensibilisiert werden: Die Schülerinnen und Schüler bauen angeleitet durch ein Video einen Drachen aus Plastiktüten und Strohhalmen und hinterfragen seine Funktion. Die Kraft des dynamischen Auftriebs als physikalisches Grundprinzip für das natürliche Fliegen beispielsweise von Vögeln wird damit in besonderer Weise schülerorientiert erarbeitet. Das Thema "Upcycling mit Plastiktüten und Strohhalmen: Warum fliegt ein Drache?" im Unterricht Mit diesem Unterrichtsmaterial wird aufgezeigt, wie durch die physikalische Wirkung des dynamischen Auftriebs als Kraft im Bereich Mechanik die Plastik-Produkte in die Umwelt gelangen können. Nicht zuletzt soll dadurch im Unterricht für Alternativen zur Plastiktüte und zum Plastik-Strohhalm im Sinne von Nachhaltigkeit und verantwortungsbewusstem Handeln geworben werden. Das Thema eignet sich damit auch zum Beispiel für den Einsatz Rahmen eines Projektes zum Umweltschutz sowie zur Fortbewegung in Wasser und Luft. Darüber hinaus kann der selbst gebaute Drache insbesondere im Herbst auch vermeintlich leistungsschwächere Schülerinnen und Schüler zur Mitarbeit motivieren und für Physik oder Geographie begeistern. Je nach Schwerpunktsetzung kann das Material ohne großen Aufwand angepasst und im jeweiligen Fach eingesetzt werden. Didaktisch-methodische Analyse Angeleitet durch ein Video bauen die Lernenden weitgehend selbstständig einen Drachen. Mithilfe von Arbeitsblättern strukturieren sie die wesentlichen Informationen und eignen sich das Wissen über das physikalische Prinzip des dynamischen Auftriebs sowie die Problematik um den Plastikmüll eigenverantwortlich an. Nach dem Prinzip des Kooperativen Lernens Think-Pair-Share sichern sich die Lernenden in der Partnerarbeit zunächst im geschützten Raum ab, bevor sie ihre Ergebnisse im Plenum zur Diskussion stellen und gemeinsam Alternativen zur Verwendung von Einwegprodukten aus Plastik formulieren. Fachkompetenz Die Schülerinnen und Schüler verstehen Plastik-Strohhalme und Plastiktüten als ökologisches Problem. lernen das Prinzip dynamischer Auftrieb als physikalische Erklärung für den Drachenflug kennen. erarbeiten Alternativen zur Verwendung von Einwegprodukten aus Plastik im Sinne der Nachhaltigkeit. Medienkompetenz Die Schülerinnen und Schüler entnehmen einem Video gezielt die wesentlichen Informationen und setzen die Anleitung zum Bau eines Drachen entsprechend um. Sozialkompetenz Die Schülerinnen und Schüler arbeiten konzentriert und zielgerichtet mit einer Partnerin oder einem Partner zusammen, nehmen Vorschläge der anderen auf und formulieren gemeinsam Ideen für den Umweltschutz.

In dieser aktualisierten Unterrichtseinheit befassen sich die Lernenden mit dem Thema erneuerbare Energien. Im Mittelpunkt stehen dabei Photovoltaik und Windkraft. Die Auseinandersetzung mit Ideen und Trends des energieeffizienten Bauens unter Berücksichtigung erneuerbarer Energien rundet die Unterrichtseinheit ab. Neu sind die Materialien zu den Arten und der Funktionsweise von Batteriespeichern sowie Wärmepumpen. Ausgehend von der aktuellen und zukünftigen Bedeutung erneuerbarer Energien für die Stromversorgung sowie den Chancen und Herausforderungen der Energiewende befassen sich die Schülerinnen und Schüler näher mit den Energieformen Batteriespeicher und Wärmepumpen, Windenergie und Photovoltaik. Dabei lernen sie unter anderem die Verbreitung und Funktionsweise der Anlagen kennen. Abschließend befassen sie sich mit den Möglichkeiten, energiesparend zu wohnen. Dabei steht auch das Konzept des vernetzten, smarten Wohnens und Arbeitens im Quartier im Mittelpunkt. Fossile Brenn-, Kraft- und Heizstoffe wie Kohle und Öl sind nicht unbegrenzt vorhanden. Viele davon müssen teuer importiert werden. Zudem belasten sie Umwelt, Klima und Gesundheit. Aus diesem Grund werden erneuerbare Energien immer wichtiger. So ist in der Novelle des Erneuerbaren-Energien-Gesetz von 2017 festgelegt, dass bis zum Jahr 2025 der Anteil erneuerbarer Energien am Bruttostromverbrauch auf 40 bis 45 Prozent steigen und sich bis zum Jahr 2035 auf 55 bis 60 Prozent erhöhen soll. Im Jahr 2050 soll der dann mindestens 80 Prozent betragen. Wissen über die Merkmale erneuerbarer Energieträger, die mit ihrer Nutzung verbundenen Vorteile und Herausforderungen sowie neue Trends für das vernetzte Zusammenleben von Menschen ist deshalb elementar. Umsetzung der Unterrichtseinheit Die aktualisierte Unterrichtseinheit ermöglicht Schülerinnen und Schülern einen fächerübergreifenden Zugang zum Thema erneuerbare Energien. Dazu erschließen sie in einem ersten Schritt die verschiedenen erneuerbaren Energieträger mit ihren Merkmalen und Funktionsweisen. Dabei reflektieren sie auch die mit der Energiewende verbundenen Chancen und Herausforderungen. Darauf aufbauend lernen sie den Aufbau und die Funktionsweise einer Windkraftanlage und einer Photovoltaikanlage näher kennen. Gleichzeitig lernen sie aktuelle Entwicklungen wie den Solarstromspeicher kennen. Abschließend setzen sie sich mit Möglichkeiten energiesparenden Wohnens und Arbeitens unter der Nutzung erneuerbarer Energien auseinander. Dabei geht es neben der Funktionsweise um neue Konzepte wie das des vernetzten, smarten Wohnens und Arbeitens im Quartier. Anhand zwei neuer Arbeitsmaterialien befassen sie sich mit den Arten und der Funktionsweise sowie den Vor- und Nachteilen von Batteriespeichern sowie Wärmepumpen. Ein interaktives Multiple-Choice-Quiz dient der Wiederholung und Festigung des in dieser Unterrichtseinheit erlangten Wissens. Jedes Arbeitsblatt umfasst neben Infotexten, Grafiken und Schaubildern auch Aufgaben zur Bearbeitung. Neu ist, dass die angegebenen Links zu Videoclips, Webseiten oder weiterführenden Materialien über QR-Codes erreichbar sind und so direkt per Smartphone abgerufen werden können. Einsatzmöglichkeiten Die aktualisierte Unterrichtseinheit kann aufgrund ihres Bezuges zu den Lehr- und Bildungsplänen in allen deutschen Bundesländern in der Sekundarstufe II eingesetzt werden. Dabei bilden die Fächer Physik, Geografie, Technik und Sozialkunde den fachlichen Bezugspunkt. Aber auch im fachübergreifenden und fächerverbindenden Unterricht kann das Material eingesetzt werden. Fachkompetenz Die Schülerinnen und Schüler wissen, wie sich der Anteil erneuerbarer Energien an der Stromversorgung entwickelt. kennen die wichtigsten nachwachsenden beziehungsweise erneuerbaren Energieträger. kennen den Aufbau und die Funktionsweise einer Windkraftanlage und einer Photovoltaikanlage und können diese mit eigenen Worten beschreiben. wissen, wie ein Solarstromspeicher funktioniert. kennen den Unterschied zwischen On- und Offshore-Windkraft. kennen Konzepte und Möglichkeiten energiesparenden Wohnens und Arbeitens unter der Nutzung erneuerbarer Energien. kennen die Arten und Funktionsweise von Batteriespeichern und Wärmepumpen und können sie mit eigenen Worten verständlich beschreiben. wissen um die Bedeutung eines durchdachten Energiemanagements für eine effektive Verteilung der zur Verfügung stehenden Energie in den eigenen vier Wänden. diskutieren die mit der Energiewende verbundenen Chancen und Herausforderungen. analysieren die Stromrechnung des eigenen Haushalts und erfahren so, aus welchen Quellen der von ihnen genutzte Strom stammt. diskutieren die Auswirkungen der verstärkten Hinwendung zu erneuerbaren Energien für die Bereiche Wirtschaft, Gesellschaft und Umwelt. überlegen und diskutieren, inwieweit neue smarte, vernetzte, intelligente Wohn- und Arbeitskonzepte auch in ihrer eigenen Zukunft infrage kommen. Medienkompetenz Die Schülerinnen und Schüler trainieren das selbstständige Erschließen von Themen und Inhalten sowie das Recherchieren im Internet. üben sich im eigenständigen Analysieren und Interpretieren von Grafiken, Schaubildern und Zahlenmaterial. nutzen aktiv verschiedene Medien und erkennen deren Vor- und Nachteile im Rahmen der Informationsaufbereitung. bereiten eigene Ideen und Visionen schriftlich und gestalterisch auf. Sozialkompetenz Die Schülerinnen und Schüler trainieren im Rahmen von Partner- oder Gruppenarbeit ihre Zusammenarbeit mit anderen Personen. lernen, Diskussionen argumentativ und rational zu führen. schulen im Rahmen von Diskussionen und Präsentationen die eigene Ausdrucksfähigkeit und aktives Zuhören. trainieren das kreative Entwickeln und Ausformulieren eigener Ideen.