Lehrerseminar „Klima im Wandel“ – MPI Mainz, – Gruppe 3 – Name: ____________ Unterrichtskonzepte – Arbeitsgruppe 3 Hauptthema: Atmosphäre und Umwelt als Raum physikalischer Prozesse Struktur: 1)Diskussion möglicher Themen 2)Lehrplanbezug 3)Vorgabe des Lernziels 4)Umfang der Einheit 5)Einstieg in die Thematik 6)Skizze des Inhalts 7)Bedarf an Materialien 8)Experimenteller Zugang 9)Erwartungen an die Schüler 10)Skizze des Unterrichtsablaufes Ziel des Workshops: Es soll in Gruppenarbeit eine Unterrichtseinheit skizziert werden zum einen basierend auf der Summe der Erfahrungen der Kolleginnen und Kollegen in der Gruppe, zum anderen unter Berücksichtigung der wichtigsten Themen der derzeitigen Klimaforschung und der Vorgaben der Lehrpläne. Hintergrund: Der durch menschliche Eingriffe in die Natur ausgelöste Klimawandel stellt eine der größten Bedrohungen für ein angemessene Lebensweise der Spezies Mensch auf unserem Planeten dar. Die Lehrpläne heben daher die Bedeutung der Einbeziehung von Umweltaspekten und Handlungsanleitungen in den naturwissenschaftlichen Unterricht besonders hervor.

Lehrerseminar „Klima im Wandel“ – MPI Mainz, – Gruppe 3 – Name: ____________ Themenvorschläge: Optik 1: Brechung und Totalreflexion Im Rahmen des Themas Prisma und Lichtleiter: Diskussion des Regenbogens und der Brechung in Wassertropfen. Reflexion beim Lichtdurchgang durch Wasser. Überlegung, was beim Lichtdurchgang durch Wolkentropfen passieren könnte (partielle Reflexion zurück ins Weltall, abhängig von der Größe der Tropfen) -> Relevanz für die Strahlungsbilanz der Erde Experimentalvorschlag: Modell verschieden großer Wolkentropfen durch verschieden große Glaskugeln in einer Schale auf einem Tageslichtprojektor Wärmelehre: Temperatur und ihre Messung / Teilchenbild der Materie Besprechung der Brownschen Molekularbewegung, Übertragung auf Temperaturen in der Atmosphäre. Schichten der Atmosphäre und Temperaturverlauf – Temperaturminimum an der Tropopause. Energieaufnahme durch Ozonmoleküle in der Stratosphäre – höhere Energie = höhere Temperatur Überlegungen zur Konvektion -> Warme Luft steigt auf. Experimentalvorschlag: Aufstieg eines erwärmten Luftpaketes z.B. in dünner Pastiktüte Wärmelehre: Wärmeausbreitung Wärmeausbreitung in den Weltmeeren. Temperaturgradienten sind neben dem Salzgehalt der entscheidende Motor der globalen Ozeanströmungen (Erwärmung am Äquator -> Transport zum Pol) Diskussion der Ozeanströmung und Erklärung der Rolle von Wärmeausbreitung in Wasser für das Weltklima. Experimentalvorschlag: Nachstellen der Wärmebewegung in einer Glaswanne, eine Seite mit starker Lampe bestrahlen, eine Seite Eisbeutel, 1 Tropfen Tinte macht den Transport sichtbar.

Lehrerseminar „Klima im Wandel“ – MPI Mainz, – Gruppe 3 – Name: ____________ Themenvorschläge: Mechanik: Reibung und Fortbewegung Diskussion der Reibung in Luft – Luftwiderstand, Auswirkung des Luftwiderstandes bei verschiedenen Geschwindigkeiten eines Autos, Bewusstmachen des drastisch ansteigenden Verbrauchs bei hohen Geschwindigkeiten. Experimentalvorschlag: Bewegen eines Wagens mit großer Frontfläche (z.B. Pappe), oder: Basteln einer stabilen Pappfrontfläche zur Montage auf ein Fahrrad – Fahrtest auf dem Schulhof mit Luftwiderstand Elektrizität 2: Umgang mit Stromkreisen, Gewitter Erklärung der Vorgänge in einer Gewitterwolke, Ladungstrennung, starke Konvektion in der Wolke, enorme Hitze bei der Entladung im Blitz. Chemische Konsequenz: Oxidation von Luftstickstoff Bevorzugte Gewitterzonen in der Welt -> sehr wichtige natürliche Stickoxidquelle -> Ozonbildung (Elektrizität als Antrieb atmosphärischer Prozesse) Experimentalvorschlag: Bandgenerator Optik 2 / Farben: Optische Instrumente, Entstehung von Farben Erklärung der Absorption. Warum haben Stoffe eine Farbe? Aufnahme von Licht bestimmter Wellenlänge. Besprechung der Grundlagen spektroskopischer Instrumente. Beispiele für optische Instrumente zur Luftbeobachtung, Satellitenmessung von Gasen in der Atmosphäre Experimentalvorschlag: Einbringen absorbierender Gase in Licht bestimmter Wellenlänge (Gasküvette) Elektromagnetische Schwingungen und Wellen Optische Geräte (Spektrometer, Laser) und optische Messverfahren in der Atmosphäre, Vielfältige Anwendungen der UV-Vis und IR-Spektroskopie zur Bestimmung der Zusammensetzung der Luft. (Satelliteninstrumente, LIDAR, Infrarotspektroskopie, etc.); Besprechung von Streuung an Partikeln in der Luft Experimentalvorschlag: Einbringen verschiedener Materie / Stäube in den Lichtstrahl eines kleinen Lasers

Lehrerseminar „Klima im Wandel“ – MPI Mainz, – Gruppe 3 – Name: ____________ Themenvorschläge: Druck und Auftrieb: Auftrieb in Luft Besprechung der Konvektion, Durchmischung der Luft am Morgen, Vorgänge in der planetarischen Grenzschicht. Wie wird eine Drachenflieger getragen? Durchmischung der Luft -> Vorraussetzung für Reinigung, starke Konvektion durch Wärme in den Tropen -> Hadley-Zellen als Klimamotor, starker Auftrieb über dem warmen Meer: Ursache von Wirbelstürmen (steigende Gefahr durch Erderwärmung) Arbeit und Energie: Mechanische Energie / Energieversorgung Nutzung von Wasser und Windkraft. Diskussion dieser „erneuerbaren“ Energien als Alternativen zu fossilen Brennstoffen. -> Absprache mit Chemielehrern -> Überblick über verschiedene Energieträger der Zukunft, Zusammenstellen von Wirkungsgraden und Kosten, Diskussion von Vor- und Nachteilen. Gegenüberstellung des Energiegehaltes von Brennstoffen und des Energiebedarfs von Geräten, sowie der Verluste bei der Konvertierung. Exkursionsvorschlag: Besuch eines Kraftwerks, Windkraftanlage, Energieversorgung: Erzeugung und Nutzung Gegenüberstellung verschiedener Motoren und Antriebe im Straßenverkehr, Alternativen für die Zukunft, Biokraftstoffe, Brennstoffzellen, Wasserstoffnetzwerk – Logistik, Kosten und Stand der Technik Anregung: Projekt in Kooperation mit Quantify (MPI Mainz), Material Deutsches Museum (Verkehr) Mechanik, Wärmelehre (Jg 11): Erhaltungssätze Die Energiebilanz der Erde, eingehende und ausgehende Strahlungsenergie, Absorptionsvorgänge, Albedo und Treibhauseffekt; Energieumwandlungen in der Atmosphäre; Sonne als Energiequelle der Erde und mögliche Variationen in der Sonnenintensität (Sonnenzyklen und Erdbewegung -> Klimavariation)

Lehrerseminar „Klima im Wandel“ – MPI Mainz, – Gruppe 3 – Name: ____________ Themenbewertung und -auswahl: Bewerten Sie (jedes Gruppenmitglied einzeln) die in den Themenvorschlägen angeführten Beispiele nach ihrer Priorität für eine mögliche Anwendung in Ihrem Unterricht. Schreiben Sie eine Zahl vor die Überschrift des Themas. Dieses Thema ist für meinen Unterricht … 1 = sehr geeignet 2 = gut anwendbar 3 = brauchbar 4 = mit Vorbehalt einsetzbar 5 = nicht einsetzbar Wählen Sie in der Arbeitsgruppe 3 Themen aus, die Sie gerne in einer Unterrichtseinheit durchnehmen würden. Thema:Begründung für die Auswahl in Stichworten: 1) 2) 3) Welche anderen, nicht aufgeführten Themen wären für Sie interessant?

Lehrerseminar „Klima im Wandel“ – MPI Mainz, – Gruppe 3 – Name: ____________ Thema für die Erarbeitung einer Unterrichtseinheit: Die Entwicklung einer Unterrichtseinheit auf dieser und den nächsten Seiten erfolgt in Gruppenarbeit. Einigen Sie sich auf einen Teilnehmer, der die folgenden Seiten vollständig ausfüllt und diskutieren Sie in der Gruppe. Alle Gruppenmitglieder erhalten eine Kopie der Ausarbeitung. Thema Für welches Thema möchten Sie in Ihrer Arbeitsgruppe eine Unterrichtseinheit skizzieren? Lehrplanbezug Wo im Lehrplan sehen Sie einen Bezug zu diesem Thema? Lernziel Formulieren Sie in Stichworten zu diesem Thema Lernziele für die Schüler.

Lehrerseminar „Klima im Wandel“ – MPI Mainz, – Gruppe 3 – Name: ____________ Umfang und Einstieg der Unterrichtseinheit: Umfang Für wieviele Schulstunden würden Sie die Einheit konzipieren? Wäre diese Einheit innerhalb des regulären Unterrichtes einsetzbar? Einstieg Schlagen Sie einen Einstieg in die Thematik vor? (Experiment, Photos, Zeitungsartikel, …) Die Vorschläge müssen nicht auf Materialien basieren, die Ihnen aktuell zur Verfügung stehen, sollten aber für die durchschnittliche Schule realistisch sein.

Lehrerseminar „Klima im Wandel“ – MPI Mainz, – Gruppe 3 – Name: ____________ Inhalt und Methodik der Unterrichtseinheit: Inhalte Notieren Sie in Stichworten, welche Inhalte Sie in die Einheit aufnehmen würden. Was geben Sie vor? Welche Fragen werden an die Schüler gestellt? Welche Methoden (Gruppenarbeit, Frontalunterricht, Mindmapping, Internetrecherche) würden Sie einsetzen?

Lehrerseminar „Klima im Wandel“ – MPI Mainz, – Gruppe 3 – Name: ____________ Material und Experimente: Material Welche Materialien werden benötigt? Sie müssen nicht ausschließlich Materialien angeben, die Ihnen zur Verfügung stehen. Die Angaben sollten aber für eine durchschnittliche Schule realistisch sein. Experimente Welche Experimente schlagen Sie für diese Einheit vor? Skizzieren Sie kurz.

Lehrerseminar „Klima im Wandel“ – MPI Mainz, – Gruppe 3 – Name: ____________ Erwartungen an die Schüler: Vorraussetzungen Welches Vorwissen sollten die Schüler schon mitbringen? (Geben Sie Stichworte an. In welcher Jahrgangsstufe wäre die Einheit bevorzugt anzusiedeln?) Fertigkeiten Welche Fähigkeiten und Fertigkeiten der Schüler werden in der Einheit besonders trainiert?

Lehrerseminar „Klima im Wandel“ – MPI Mainz, – Gruppe 3 – Name: ____________ Unterrichtsablauf: Skizze des Unterrichtsablaufs Beschreiben Sie den zeitlichen Rahmen für Aufgaben, Besprechungen, Einzelarbeit, Gruppenarbeit, Experimente, Recherchen, etc. während des Unterrichtes. Entwickeln Sie über die vorgeschlagene Stundenanzahl hinweg ein Flussdiagramm für den Unterrichtsablauf.

Lehrerseminar „Klima im Wandel“ – MPI Mainz, – Gruppe 3 – Name: ____________ Unterrichtsablauf: Skizze des Unterrichtsablaufs (Fortsetzung)