Natur­wissen­schaften

Die Unterrichtseinheit für Fach Mathematik der Klassen 11–12 eröffnet mit der Vektorrechnung einen zentralen Bereich der analytischen Geometrie. Schritt für Schritt lernen die Schülerinnen und Schüler, Vektoren zu addieren, zu subtrahieren und zu multiplizieren. Differenzierte Arbeitsmaterialien und GeoGebra-Übungen machen die Darstellung im Raum anschaulich. Am Beispiel eines Hausdachs zeigt sich, wie abstrakte Mathematik in alltägliche Fragestellungen übertragen und geübt werden kann. In dieser Unterrichtseinheit zur Vektorrechnung erwerben die Schülerinnen und Schüler der gymnasialen Oberstufe Schritt für Schritt den grundlegenden Umgang mit Vektoren. Mithilfe von drei aufeinander aufbauenden Arbeitsblättern erschließen sie das Thema anhand konkreter Anwendungen, lernen verschiedene Darstellungsformen kennen und gewinnen so Sicherheit im Umgang mit dem neuen Konzept. Mithilfe von Arbeitsblatt 1 erarbeiten sich die Lernenden Grundlagen der Vektorrechnung. Hierzu gehören die Orientierung in dem dreidimensionalen Raum sowie die Addition und Subtraktion von Vektoren. Dabei arbeitet das Arbeitsblatt mit Bildern wie "Verbindungen von Punkten", ohne zu weit in die Formalia der Begriffsbildung abzugleiten. Der Schwerpunkt von Arbeitsblatt 2 liegt auf der Multiplikation von Vektoren. Die Einführung der Multiplikation von Vektoren in Arbeitsblatt 2 wird über die Multiplikation natürlicher Zahlen eingeführt. Der intuitive Zugang mit einem niederschwelligen Anknüpfungspunkt sorgt für eine höhere Sicherheit im Umgang mit dem Thema und motiviert die Lernenden. Arbeitsblatt 3 dient der Vertiefung und Übung der gelernten Inhalte anhand einer alltagsnahen Problemfragestellung. Einen besonderen Alltagsbezug erhält die Unterrichtseinheit durch das Beispiel des Hausdachs: Dächer sind allen Schülerinnen und Schülern vertraut und machen abstrakte Mathematik greifbar. Anhand dieses Kontextes lassen sich Fragen entwickeln, die nahe an der Lebenswelt liegen, zum Beispiel: "Wenn Regen schräg fällt – trifft er trotz Dachüberstand die Fassade?", "Wie hoch ist die Giebelsäule oder wie breit das Gebäude?" oder "Welche Materialien kommen zum Einsatz und sind sie sinnvoll gewählt?" Solche Fragestellungen verdeutlichen den praktischen Nutzen der Vektorrechnung und zeigen, wie mathematische Konzepte auf alltägliche Situationen übertragen werden können. Ein Hauptaugenmerk bei der Konzeption der Unterrichtseinheit liegt darauf, vorhandenes Vorwissen aufzugreifen und durch anschauliche Aufgaben sowie den Einsatz digitaler Darstellungen eine umfassende Vorstellung der Vektorrechnung aufzubauen. Nach jedem Arbeitsblatt bietet sich eine kurze Reflexion an, wodurch die Einheit auch als EVA-Phase (Erarbeitung – Vertiefung – Anwendung) geeignet ist. Der Einsatz von GeoGebra zieht sich durch die gesamte Einheit und bietet einen besonderen Mehrwert. Die dynamische Darstellung von Punkten, Vektoren und Geraden unterstützt die Schülerinnen und Schüler dabei, abstrakte Inhalte visuell zu erfassen und ihre räumliche Vorstellung zu weiterzuentwickeln. Die Darstellung ermöglicht es, Rechenoperationen wie Vektoraddition, -subtraktion oder die Multiplikation mit einem Skalar nicht nur rechnerisch, sondern auch anschaulich im Koordinatensystem nachzuvollziehen. Dabei fördert diese methodische Variante problemlösendes Denken, unterstützt individuelle Lernwege und bietet Chancen zur Differenzierung. Durch den Wechsel zwischen händischer Berechnung und digitaler Visualisierung wird ein tieferes Verständnis der Vektorrechnung angebahnt. Der alltagsnahe Kontext macht die Grundlagen der Vektorrechnung anschaulich und lebensweltnah. Dächer und Dachgiebel lassen sich mit Vektoren modellieren, sodass abstrakte Inhalte in einem realistischen Kontext durch das Lernfeld des Dachdecker-Handwerks greifbar werden. Durch problemorientierte Fragestellungen wird die Relevanz für den Alltag sichtbar, das räumliche Denken gefördert und der Theorie-Praxis-Bezug gestärkt. Als Vorwissen benötigen die Schülerinnen und Schüler den grundlegenden Umgang mit dreidimensionalen Koordinatensystemen und Punkten darin sowie Grundkenntnisse im Anwenden von Rechenregeln und Auflösen eindimensionaler linearer Gleichungen . Die Rolle der Lehrkraft ist in der gesamten Einheit neben der kurzen Moderation von Plenumsgesprächen eine unterstützende, was die Möglichkeit eröffnet, vermehrt in den fachlichen Austausch mit einzelnen, eventuell leistungsschwächeren Lernenden zu gehen. Fachkompetenz Die Schülerinnen und Schüler addieren, subtrahieren und skalieren Vektoren. nutzen dynamische Geometriesoftware zur Darstellung mathematischer Sachverhalte. leiten selbstständig Rechenregeln aus Verträglichkeitsforderungen ab. Medienkompetenz Die Schülerinnen und Schüler nutzen Onlinerecherchen zur Faktenfindung. nutzen digitale Medien zur Darstellung abstrakter Probleme. Sozialkompetenz Die Schülerinnen und Schüler arbeiten effektiv in Paar- und Kleingruppenarbeit. kommunizieren Ergebnisse und Lösungsansätze. steuern selbstständig Lernprozesse und reflektieren die eigene Entwicklung.

Die Unterrichtseinheit für das Fach Chemie der Klassen 12–13 vermittelt vertiefendes Wissen zur Stoffklasse der Tenside. Die Lernenden befassen sich mit dem chemischen Aufbau und der Wirkung von Tensiden anhand des Struktur-Eigenschafts-Konzepts. Experimente zur Oberflächenspannung und Mizellenbildung vertiefen das Verständnis der Abläufe auf molekularer Ebene. Auch gesundheitliche und ökologische Aspekte sowie die Osmose-Reinigung als nachhaltige Alternative zum Tensideinsatz werden thematisiert. Tenside sind in modernen Reinigungsmitteln kaum noch wegzudenken. Nicht nur die Profis aus dem Gebäudereiniger-Handwerk sind auf sie angewiesen. Auch im Alltag haben Tenside viele Einsatzbereiche – und das nicht nur beim Waschen und Putzen. Die praktischen Helfer bringen aber auch Herausforderungen mit sich: Sie können Umwelt und Gesundheit belasten, insbesondere, wenn sie nicht fachgerecht eingesetzt werden. Umso wichtiger ist ein fachgerechter sowie bewusster Umgang mit diesen Stoffen. Die Lernenden erhalten ein weitreichendes Wissen rund um die Stoffklasse der Tenside. In diesem Zusammenhang werden zunächst grundlegende Kenntnisse über den chemischen Aufbau von Tensiden sowie ihre Eigenschaften besprochen. Dadurch lernen die Schülerinnen und Schüler die Anwendung des Struktur-Eigenschafts-Konzeptes kennen. ( Arbeitsblatt 1 ) Im weiteren Verlauf der Einheit wird dann auf die Waschwirkung im Detail und die damit verbundenen reinigungstechnischen Eigenschaften von Tensiden eingegangen. Dabei wird zum einen die Herabsetzung der Oberflächenspannung durch waschaktive Substanzen anhand eines Experiments thematisiert und zum anderen die Ausbildung von Mizellen sowie deren Struktur behandelt. In diesem Zusammenhang wird auch die Wirkweise von Tensiden als Emulgatoren und Dispersionsmittel angesprochen. ( Arbeitsblatt 2 ) Im Anschluss werden anhand fächerübergreifender Aufgabenstellungen die ökologischen und gesundheitlichen Aspekte von Tensiden beleuchtet und so ein Bezug zum Thema Nachhaltigkeit geschaffen. Der Fokus liegt dabei auf der durch Tenside hervorgerufenen Umweltbelastung und dem Kennenlernen verschiedener Zertifikate, die dabei helfen sollen, nachhaltige Produkte zu identifizieren. Darüber hinaus wird das nachhaltige Verfahren der Osmose-Reinigung erarbeitet. ( Arbeitsblatt 3 ) Das Thema Tenside ist aus dem Alltag eines jeden Menschen nicht mehr wegzudenken. Das Anwendungsgebiet der Tenside erstreckt sich über alle Lebensbereiche der Schülerinnen und Schüler. Neben den offensichtlichen Anwendungsbereichen wie der Kosmetikindustrie oder den Haushaltsreinigern, werden Tenside auch als Emulgatoren für Lebensmittel oder in der Farb- und Lackindustrie genutzt. Vor allem aber auch mit Blick auf die Themen Nachhaltigkeit und Umweltschutz sollten sich die Schülerinnen und Schüler mit der Bedeutung eines ressourcenschonenden Umgangs mit Reinigungsmitteln auseinandersetzen und ihren eigenen Konsum kritisch reflektieren. Diese Unterrichtseinheit kann in den Rahmenlehrplan der Sekundarstufe II eingeordnet und für das Fach Chemie genutzt werden. Sie bietet detailliertes Wissen über Tenside in naher Anlehnung an den Alltag. Das Material besitzt ebenso fächerübergreifende Aspekte und ermöglicht damit das Konzept Bildung für nachhaltige Entwicklung (BNE) in den Unterricht zu integrieren. Ein gewisses chemisches Vorwissen bezüglich der organischen Chemie wird für die Bearbeitung der Aufgaben vorausgesetzt. So sollten Kenntnisse über funktionelle Gruppen sowie Bau- und Ordnungsprinzipien organischer Stoffe bereits vorliegen. Für das Lösen der verschiedenen Aufgabenstellungen stehen Arbeitsblätter mit Infotexten zur Verfügung. In einigen Aufgabenstellungen wird zusätzlich die eigene Recherchefähigkeit entwickelt und auch das kritische Hinterfragen gefördert. Kleine Experimente unterstützen dabei, die zuvor besprochenen theoretischen Kenntnisse zu vertiefen. Ein breites Spektrum an Lernmethoden und Sozialformen ermöglicht es den Unterricht abwechslungsreich und interessant zu gestalten. Fachkompetenz Die Schülerinnen und Schüler kennen den chemischen Aufbau und die daraus resultierenden Eigenschaften von Tensiden. können die Wirkungsweise von Tensiden und deren Waschwirkung erklären. wenden das Struktur-Eigenschafts-Konzept an. kennen Gefahren und Risiken beim Tensideinsatz. vergleichen Ökosiegel, die zur Kennzeichnung von Reinigungsmitteln eingesetzt werden. beurteilen Tenside in Hinblick auf Nachhaltigkeit. kennen nachhaltige Alternativen zum Tensideinsatz (Osmose-Reinigung). führen chemische Experimente eigenständig durch. nutzen ihr Wissen, um fächerübergreifende Fragestellungen zu beantworten. setzen sich kritisch mit den ökologischen Aspekten von Tensiden auseinander und bewerten den oft vermehrten Einsatz. Medienkompetenz Die Schülerinnen und Schüler nutzen verschiedene Medienangebote für ihre Recherche. wählen digitale Inhalte selbstständig aus und hinterfragen diese vorher kritisch. Sozialkompetenz Die Schülerinnen und Schüler kommunizieren sachlich und bearbeiten verschiedene Aufgabenstellungen in Zusammenarbeit mit anderen Schülerinnen und Schülern. Verwendete Literatur M. Baum, S. Schwarzer (2013). Wie dünn ist eine Seifenblase? Ein experimenteller Zugang zu Mikro- und Nanoschichten, Chemkon, 20, Nr.1, 25-28, DOI: 10.1002/ckon.201210193. M. Böhme, T. Fotschki, C. Liersch, C. Pfaller, U. Steggewentz (2022). Fachwissen Gebäudereinigung. Verlag Europa-Lehrmittel, Nourney, Vollmer GmbH & Co. KG. S.321 ff. M. Lutz. (2023). Fachbuch Gebäudereinigung, Verlag, S. 39 ff.

Die Unterrichtseinheit für das Fach Chemie der Klassen 8–9 vermittelt den Schülerinnen und Schülern Kenntnisse zu den chemischen Eigenschaften von Wasser. Die Lernenden untersuchen den Zusammenhang zwischen dem molekularen Aufbau von Wasser und seinen besonderen Eigenschaften. Anhand von Experimenten analysieren sie Phänomene wie Oberflächenspannung, Löslichkeit und Wasserhärte und setzen diese in Beziehung zu Alltagsbeispielen. Wasser begegnet uns in unserem täglichen Leben. Es ist eine unverzichtbare Lebensgrundlage und ein großer Bestandteil des menschlichen Körpers. Ein bewusster Umgang mit Wasser hilft den Rohstoff zu schonen. Deshalb ist es besonders wichtig, das Bewusstsein bei alltäglichen Routinen wie beispielsweise dem Zähneputzen oder dem Nutzen der Spül- und Waschmaschine zu stärken. Durch die Erweiterung der Kenntnisse über die außergewöhnlichen chemischen Eigenschaften von Wasser und seinen Besonderheiten, wird die Bedeutung des Wassers hervorgehoben und im Denken und Handeln der Schülerinnen und Schüler verankert. Sie werden sensibilisiert und erfahren, dass ein sorgsamer Umgang mit diesem wertvollen Rohstoff unerlässlich ist. Die Unterrichtseinheit liefert einen allgemeinen Überblick über die chemischen Eigenschaften dieses besonderen Moleküls. Sie vermittelt ein grundlegendes Verständnis für die Wechselwirkungen zwischen den einzelnen Wassermolekülen sowie den daraus resultierenden Eigenschaften und geht dabei auch auf die Elektronegativität von Elementen ein. Des Weiteren wird die Besonderheit hervorgehoben, dass Wasser als einziger Stoff auf natürliche Weise in allen drei Aggregatzuständen vorkommt. Das Phänomen der Dichteanomalie wird dabei didaktisch reduziert anhand eines Beispiels aus dem Alltag betrachtet. Abschließend wird die Wichtigkeit und Notwendigkeit hervorgehoben, die Trinkwasserqualität regelmäßig zu überwachen. Dabei wird auf verschiedene Optionen eingegangen, die Qualität von Wasser zu verbessern und so zu einem nachhaltigen Umgang mit Wasser beizutragen. Das vorliegende Unterrichtsmaterial eignet sich für den Unterricht in der Sekundarstufe I im Fach Chemie. Es kann als Material für die Themen "Stoffe und Eigenschaften“ beziehungsweise "Aggregatzustände“ oder "umweltbezogene Chemie“ herangezogen werden und hebt die Bedeutung von Wasser hervor. Die Unterrichtseinheit bietet einen klaren Lebensweltbezug und regt an verschiedenen Stellen zum Denken an. Neben verschiedenen Lernmethoden und Sozialformen liefert sie auch eine vertiefende Zusatzaufgabe, die optional bearbeitet werden kann. Deshalb eignet sich die Einheit insbesondere auch für heterogene Lerngruppen. Das erste Arbeitsblatt kann als eine allgemeine Einführung in das Thema Wasser genutzt werden. Der Fokus liegt zunächst auf dem chemischen Aufbau sowie dem damit verbundenen Dipolcharakter von Wasser. Anhand eines Experiments werden die Oberflächenspannung und die intermolekularen Kräfte zwischen den Molekülen verdeutlicht. Die Schülerinnen und Schüler setzen sich außerdem mit der Bedeutung von Wasser im Alltag auseinander. Weiterhin können die besonderen Eigenschaften von Wasser mit Hilfe des zweiten Arbeitsblattes behandelt werden. Dabei wird auf die verschiedenen Aggregatzustände des Wassers eingegangen. Das dritte Arbeitsblatt hebt die Wichtigkeit einer regelmäßigen Überprüfung der Wasserqualität hervor. Es können zwei Experimente durchgeführt werden, die zum einen auf die Wasserhärte eingehen und zum anderen die kalklösende Wirkung von Essigsäure verdeutlichen. Außerdem werden verschiedene Möglichkeiten hervorgehoben, die Wasserqualität zu verbessern. Eine abschließende Aufgabe regt zum Nachdenken an und soll das Bewusstsein für einen umweltfreundlichen und wertschätzenden Umgang mit Wasser stärken. Die Schülerinnen und Schüler erhalten im Laufe der Unterrichtseinheit durch visuelle Darstellungen und praxisnahe Beispiele aus ihrem Alltag ein weitgehendes Verständnis für die Bedeutung von Wasser. Ein spezielles Vorwissen wird für die Bearbeitung der Aufgabenstellung nicht benötigt, da das benötigte Wissen in den Infotexten vermittelt wird. Ein grundlegendes Wissen in Bezug auf die Vorbereitung und Durchführung der Experimente wird vorausgesetzt. Die allgemeine Vorgehensweise bei Experimenten (Frage stellen, Vermuten, Versuch durchführen und beobachten, Ergebnisse notieren, Auswertung) sollte zuvor wiederholt werden. Fachkompetenz Die Schülerinnen und Schüler lernen die chemische Struktur und die damit verbundene Polarität von Wasser kennen. erlangen detailliertes Wissen über die verschiedenen Eigenschaften des Wassers. befassen sich mit der Wasserhärte sowie der Aufbereitung von Trinkwasser. Medienkompetenz Die Schülerinnen und Schüler nutzen verschiedene Medienangebote für ihre Recherche. lernen verschiedene Medien zu unterscheiden und sie kritisch zu hinterfragen. Sozialkompetenz Die Schülerinnen und Schüler bearbeiten Aufgabenstellungen gemeinsam mit einer Partnerin oder einem Partner oder innerhalb einer Gruppe. verbessern ihre Diskussionsfähigkeit, indem sie ihre Meinung äußern und mit Argumenten unterstützen. wenden ihr Wissen auf fächerübergreifende Fragen an. lernen praktische Versuche vorzubereiten, präzise zu beobachten und ihre Beobachtungen zu dokumentieren. Verwendete Literatur E. Riedel, C. Janiak (2007). Anorganische Chemie. Walter de Gruyter GmbH & Co. KG, S. 542.

Die Unterrichtseinheit für das Fach Geografie der Klassen 5–6 führt die Schülerinnen und Schüler in den Gesteinskreislauf ein. Sie erforschen die Entstehung sedimentärer, magmatischer und metamorpher Gesteine sowie deren Eigenschaften. Durch die Untersuchung gesteinsbildender Prozesse entwickeln sie ein Verständnis für endogene und exogene Faktoren und beurteilen die Eignung von Natursteinen als Baumaterialien. Ausgehend von einer überraschenden Entdeckung – Fossilien in den Mauern von Gebäuden – führt diese Unterrichtseinheit die Schülerinnen und Schüler durch den Gesteinskreislauf und macht dabei geologische Prozesse greifbar. Der Aufbau der Einheit folgt dem Weg der Gesteine von ihrer Entstehung bis zur Verwendung als Baumaterial. Zunächst erforschen die Lernenden die Entstehung verschiedener Gesteinsarten (magmatisch, sedimentär, metamorph) durch endogene und exogene Prozesse. Im zweiten Schritt untersuchen sie arbeitsteilig die spezifischen Eigenschaften (z. B. Härte, Korngröße und Struktur, Witterungsbeständigkeit) von Gesteinen. Abschließend stellt die Unterrichtseinheit einen konkreten lebensweltlichen Bezug her und lässt die Schülerinnen und Schüler Gesteine als Baumaterialien näher unter die Lupe nehmen. Warum sind so viele Kirchen aus Sandstein? Und warum Arbeitsplatten in der Küche eher selten? Dabei zeigt sich die Fachexpertise von Steinmetzinnen und Steinmetzen als Fundgrube für wertvolle Tipps. Gesteine begegnen uns überall im Alltag. Nicht nur in der Natur, sondern auch in Form von Baustoffen in Fassaden, als Arbeitsplatten, Fensterbänke oder auch Kunstwerke. Sie sind nicht nur elementare Bausteine unserer menschlichen Lebenswelt, sondern auch der Natur. Sie liefern uns wichtige Informationen über die Erdgeschichte, die Zusammensetzung der Erde sowie geologische Entstehungsprozesse und helfen uns zu verstehen, wie Landschaften entstanden sind. Um endogene und exogene Prozesse, die unsere Erde gestalten, zu verstehen, ist es wichtig, sich mit Gesteinen als Baumaterialien unserer Erde auseinanderzusetzen. Eine wichtige Grundlage stellt hier der Kreislauf der Gesteine dar, der veranschaulicht, wie sich die Erdkruste stetig wandelt. Dies geschieht durch Kräfte im Erdinneren wie hohe Temperaturen und Druck sowie durch Kräfte an der Erdoberfläche wie Witterungseinflüsse und jahreszeitliche Veränderungen. Aufhänger der Unterrichtseinheit ist eine Schlagzeile über Fossilienfunde in einer Gebäudefassade. Die Lernenden befassen sich im Verlauf der Einheit mit der Frage, wie die urzeitlichen Lebewesen in unsere Bauwerke kommen und untersuchen die Eigenschaften von Gesteinen in Hinblick auf ihre Eignung als natürliches Baumaterial. In der ersten Unterrichtsstunde ( Arbeitsblatt 1) lernen die Schülerinnen und Schüler magmatische, metamorphe und sedimentäre Gesteine und deren Entstehungsprozesse kennen. Mithilfe von Lesetext und Schaubild erarbeiten die Lernenden den Gesteinskreislauf und somit unterschiedliche Gesteinsarten und deren Entstehungswege. Anschließend vertiefen sie ihr Wissen über verschiedene Gesteine, indem sie in einer arbeitsteiligen Gruppenarbeit ( Arbeitsblatt 2 ) exemplarisch deren Eigenschaften untersuchen. Dabei befassen sich die Schülerinnen und Schüler entweder mit dem Granit (magmatisches Gestein), dem Sandstein (Sedimentgestein) oder dem Marmor (metamorphes Gestein). Hierfür können Handstücke oder auch die Abbildungen auf den Arbeitsblättern herangezogen werden. Anschließend werden die Arbeitsergebnisse der Schülergruppen entweder im Plenum oder in weiteren Kleingruppen (Gruppenpuzzle) zusammengetragen. Mit dem Verweis auf Naturwerksteine als Baumaterialien wird dabei stets ein Lebensweltbezug hergestellt. In den Unterrichtsstunden vier und fünf beurteilen die Lernenden, welche Natursteine sich auf Grundlage ihrer Eigenschaften für welche Einsatzzwecke eignen und verbinden ihre theoretischen Kenntnisse mit praktischen Beobachtungen, indem sie Beispiele aus ihrer Lebenswelt zuordnen ( Arbeitsblatt 3 ). Am Ende der Unterrichtseinheit steht der Rekurs auf die lohnende Fragestellung: Die Fossilien kommen in die Gebäudewand, da es sich um ein Sedimentgestein vom Meeresboden handelt, in das abgestorbene Lebewesen eingeschlossen sind. Eine vertiefende Forschungsaufgabe kann optional in einer weiteren Unterrichtsstunde durchgeführt werden: Die Lernenden gehen in ihrer Umgebung auf Entdeckungstour, suchen nach Arbeiten aus Naturstein und untersuchen diese. Die Einheit lädt durch interessante Forschungsfragen zum eigenständigen Lernen ein und ist durch den Einsatz unterschiedlicher Sozialformen abwechslungsreich aufgebaut. Sie kann besonders anschaulich gestaltet werden, wenn Lehrkräfte Handstücke als Anschauungsmaterialien zur Verfügung stellen oder die Schülerinnen und Schüler in ihrem alltäglichen Umfeld auf Entdeckungstour gehen und dort Naturwerksteine erkunden, lässt sich aber auch niedrigschwellig über die anschaulichen Arbeitsblätter umsetzen. Fachkompetenz Die Schülerinnen und Schüler verstehen die Grundprinzipien der Gesteinsbildung und lernen Gesteine entsprechend ihrer Entstehungsarten kennen. unterscheiden Gesteine in ihren Eigenschaften und leiten daraus deren Einsatzmöglichkeiten als natürliche Werkstoffe ab. untersuchen Gesteine und deren Einsatz in ihrer Umgebung (Pflastersteine, Treppen, Säulen/Pfeiler, Fenster- und Türstürze, Mauern, Portale etc.). Medienkompetenz Die Schülerinnen und Schüler werten Informationen aus Lesetexten aus. recherchieren mithilfe von Internetlinks und/oder eigenständig im Internet. Sozialkompetenz Die Schülerinnen und Schüler arbeiten zielgerichtet miteinander in der Gruppe. können gemeinsam Aufgaben bearbeiten und Arbeitsergebnisse präsentieren. können Informationen in Fachsprache situations- und adressatengerecht ausdrücken. arbeiten kooperativ in Paararbeit und in Kleingruppen.

Die Unterrichtseinheit für das Fach Physik der Klassen 7–8 vermittelt den Schülerinnen und Schülern zentrale Kompetenzen im Bereich der Mechanik und Kräfteübertragung mittels schiefer Ebene, Flaschenzug und Zahnrädern. Die Kraftwandler werden durch lebensnahe Anwendungsbeispiele aus der LandBauTechnik veranschaulicht. Die vorliegende Unterrichtseinheit behandelt zentrale mechanische Prinzipien anhand lebensnaher Kontexte aus der LandBauTechnik und ist auf vier Stunden ausgelegt. Im Mittelpunkt stehen die einfachen Maschinen schiefe Ebene, Flaschenzug und Zahnräder, mit deren Hilfe Kräfte übertragen und verändert werden können. Dabei setzen sich die Schülerinnen und Schüler unter anderem mit der Frage auseinander, wie schwere Lasten effizient bewegt werden können, und lernen die dahinterliegenden physikalischen Zusammenhänge kennen. Die Erarbeitung erfolgt über alltagsbezogene Anwendungsbeispiele und stellt dabei immer wieder Bezüge zur LandBauTechnik her. Zu Beginn der Einheit wird die zentrale Problemstellung der Unterrichtseinheit eingeführt und die Schülerinnen und Schüler lernen die drei thematisierten einfachen Maschinen (schiefe Ebene, Flaschenzug, Zahnräder) kennen. Die Lernenden erproben in einem einfachen Experiment zur schiefen Ebene den Zusammenhang zwischen Rampenlänge, Weg und benötigter Kraft. Das Prinzip des Flaschenzugs wird anhand eines Erklärvideos und anschließender Aufgaben erarbeitet. Im weiteren Verlauf steht das Thema Zahnräder im Fokus. Mithilfe interaktiver Simulationen lernen die Schülerinnen und Schüler, wie sich Kraft und Geschwindigkeit über Zahnräder verändern lassen. In einer abschließenden Anwendungseinheit übertragen die Lernenden ihr Wissen auf konkrete Situationen aus der LandBauTechnik. Die vorliegende Unterrichtseinheit ist im Rahmenlehrplan Physik für die Sekundarstufe I in Nordrhein-Westfalen im Inhaltsfeld 7 "Bewegung, Kraft, Energie“ verankert. Die physikalischen Inhalte werden dabei motivierend in lebensnahen Anwendungskontexten aus der LandBauTechnik eingebettet, was die Relevanz für die Lernenden steigert und den Transfer in die Lebenswelt fördert. Vorkenntnisse zur Kraft als gerichtete Größe sind für die Einheit notwendig. Wissenslücken in diesem Bereich können jedoch im Rahmen der Unterrichtseinheit optional wiederholt bzw. nachgearbeitet werden. Dadurch können auch leistungsschwächer Lernende unterstützt werden. Leistungsstarke Schülerinnen und Schüler erhalten an verschiedenen Stellen hingegen die Möglichkeit, über zusätzliche Aufgaben und Denkanstöße weiterführende Inhalte zu erarbeiten. Durch solche Differenzierungsoptionen wird die Einheit den unterschiedlichen Vorkenntnissen, Fähigkeiten und Lernrhythmen der Schülerinnen und Schüler gerecht. Methodisch wechseln sich Einzel-, Paar- und Gruppenarbeiten sowie Unterrichtsgespräche ab, um unterschiedliche Sozialformen und Lernstile zu berücksichtigen. Das Gruppenpuzzle ermöglicht es, dass Schülerinnen und Schüler Verantwortung für bestimmte Themenbereiche übernehmen und ihr Wissen anschließend an andere weitergeben. Diese Vielfalt fördert nicht nur die aktive Beteiligung, sondern auch kooperatives Lernen und selbstständiges Erarbeiten komplexer Sachverhalte. Die Beschäftigung mit einfachen Maschinen und deren Anwendung in der LandBauTechnik ist von hoher Bedeutung, da sie grundlegende physikalische Prinzipien anschaulich macht und einen Einblick in technische Lösungen des Alltags bietet. Dadurch wird das Verständnis für Technik und Naturwissenschaften gestärkt. Fachkompetenz Die Schülerinnen und Schüler können beschreiben, wie einfache Maschinen Kräfte übertragen und verändern. können den Einfluss der Rampenlänge auf die benötigte Kraft bei der schiefen Ebene beschreiben. können das Prinzip eines Flaschenzugs erläutern. können die Goldene Regel anhand der Kraftwandlung an einfachen Maschinen erläutern. können beschreiben, wie sich Kraft und Geschwindigkeit über Zahnräder verändern lassen. Medienkompetenz Die Schülerinnen und Schüler können Informationen aus einem Video entnehmen und verschriftlichen . können Informationen und Daten analysieren, interpretieren und kritisch bewerten. können sich Informationen selbst erschließen und adressatengerecht aufbereiten. können digitale Werkzeuge bedarfsgerecht einsetzen. Sozialkompetenz Die Schülerinnen und Schüler arbeiten zielorientiert und kriteriengeleitet in Einzel-, Gruppen- und Paararbeit. verbessern ihre Fähigkeiten ihre Erkenntnisse zu präsentieren. kommunizieren adressatengerecht und verknüpfen dabei Alltags- und Fachsprache situationsgerecht.

Die Unterrichtseinheit für Physik der Klassen 9–10 thematisiert den Zusammenhang zwischen Schwingung, Strom und Schall. Die Schülerinnen und Schüler lernen den Aufbau elektrodynamischer, elektromagnetischer und piezoelektrischer Schallwandler kennen und erörtern, wie akustische Signale erzeugt, übertragen und wiedergegeben werden. Am Beispiel moderner Hörtechnik wird der Nutzen dieser Systeme verdeutlicht. Mithilfe des Arbeitsblatts 1 lernen die Schülerinnen und Schüler, die Funktionsweise eines Schallwandlers in eigenen Worten zu beschreiben und dessen Bedeutung für den Alltag zu erkennen. Um einen fächerübergreifenden Ansatz zu ermöglichen, setzen sie sich damit auseinander, in welchen Geräten Schallwandler verbaut sind und welchen Nutzen diese haben. Sie sehen, dass Schallwandler in vielen Geräten des täglichen Lebens eingebaut sind und in verschiedenen Bereichen eingesetzt werden, z. B. in der Unterhaltungselektronik oder im Gesundheitswesen. Ein fächerübergreifender Ansatz ergibt sich daraus, dass sie die Funktionsweise von Schallwandlern kennenlernen und ihre Bedeutung für den Alltag reflektieren. So kann die Einheit sowohl im Physik- als auch im Sozialkundeunterricht eingesetzt werden. Besonders der Sachbezug zum Hörakustik-Handwerk verdeutlicht die Relevanz von Schallwandlern für den Gesundheitsbereich. Neben der theoretischen Auseinandersetzung bietet eine optionale Zusatzaufgabe die Möglichkeit, Kopfhörer oder Lautsprecher auseinanderzubauen. Diese praktische Erfahrung kann im Rahmen einer Projektwoche oder, sofern es der Unterrichtsverlauf erlaubt, im regulären Unterricht umgesetzt werden. Dadurch erhalten die Lernenden einen direkten Zugang zu den verschiedenen Komponenten eines Schallwandlers und können deren Funktionen besser nachvollziehen. Arbeitsblatt 2 vertieft das Wissen über verschiedene Typen von Schallwandlern. Durch Informationstexte erfassen die Lernenden deren Aufbau und formulieren die Funktionsweise in eigenen Worten. Der thematische Bezug zum Hörakustik-Handwerk verdeutlicht, warum Schallwandler nicht nur im technischen, sondern auch im gesundheitlichen Bereich eine wichtige Rolle spielen. Auf Arbeitsblatt 3 setzen sich die Schülerinnen und Schüler speziell mit dem Hörgerät als Schallwandler auseinander. Sie beschriften die einzelnen Bestandteile eines Hörgeräts und erklären, wie der Schall darin verarbeitet wird. Darüber hinaus lernen sie verschiedene Arten von Hörgeräten kennen, vergleichen deren Vorteile und mögliche Nachteile und setzen sich mit der technologischen Entwicklung dieser Geräte auseinander. Die Materialien sind für den Einsatz im Physikunterricht der Klassenstufen 9 bis 10 konzipiert und ermöglichen eine fächerübergreifende Betrachtung von Schallwandlern. Die Unterrichtseinheit knüpft an die Lebenswelt der Schülerinnen und Schüler an und arbeitet mit praxisnahen Beispielen. Lernende sollen durch eigene Erfahrungen und die aktive Auseinandersetzung mit der Thematik dazu ermutigt werden, sich Wissen eigenständig anzueignen. Die Erarbeitung erfolgt in Einzel- oder Paararbeit, wodurch die Selbstständigkeit gefördert wird. Ergänzend dazu ist ausreichend Zeit für gemeinsame Diskussionen im Plenum vorgesehen, insbesondere zur Relevanz von Schallwandlern im Alltag. Hierbei stehen verschiedene Anwendungsbereiche wie Unterhaltung, Gesundheit und Lebensqualität im Fokus. Der Bezug zum Thema wird über bekannte Geräte geschaffen, wie Kopfhörer oder Smartphones. Ein Schwerpunkt der Unterrichtseinheit liegt auf der gesellschaftlichen Bedeutung von Schallwandlern, insbesondere im Bereich der Hörgeräte. Die Lernenden setzen sich mit der sozialen und gesundheitlichen Relevanz dieser Technologie auseinander und reflektieren deren Einfluss auf den Alltag. Dabei erhalten sie die Möglichkeit, ihre Erkenntnisse auszutauschen und optional (durch Zusatzaufgaben) zu vertiefen. Die physikalischen Inhalte eignen sich besonders zur Erweiterung des Lehrplanthemas "Akustik" und können durch die Unterrichtseinheiten " Schall und Akustik " und " Hörst du mich? " ergänzt werden. Auch im Ethikunterricht sowie ergänzend im Physikunterricht kann das Thema im Hinblick auf seine gesellschaftliche Bedeutung betrachtet werden, was eine ganzheitliche Sichtweise ermöglicht. Das Hörakustiker-Handwerk eignet sich dabei als Anschauungsbeispiel, um den Aufbau von Schallwandlern in der Schule zu erklären, da es die Bereiche Physik, Technik, Biologie und Ethik verbindet. Durch die Möglichkeit zur Differenzierung lassen sich die Aufgaben an das jeweilige Leistungsniveau der Lerngruppe anpassen. Die Materialien eignen sich für leistungsstarke Lerngruppen der Sekundarstufe I und für Lernende der Sekundarstufe II. Fachkompetenz Die Schülerinnen und Schüler erwerben tiefgreifende fachliche Kenntnisse über Schallwandler und deren Anwendungsgebiete. wissen, wie elektrische Signale durch Schallwandler in Schall umgewandelt werden und können den Aufbau eines Lautsprechers und eines Mikrofons erklären. können Beispiele für den Einsatz von Schallwandlern im Alltag nennen und deren Bedeutung für die Bereiche Kommunikation und Technik erläutern. lernen verschiedene Schallwandler und deren Funktionsweise zu unterscheiden. lernen physikalische Effekte wie beispielsweise den piezoelektrischen Effekt kennen. verstehen die Bedeutung von Schallwandlern für alltägliche Prozesse. Medienkompetenz Die Schülerinnen und Schüler üben und festigen den Umgang mit digitalen Endgeräten durch die Einbindung von Erklärvideos und Rechercheaufträgen. gewinnen Informationen aus verschiedenen Medien wie Text, Videos und Webseiten. lernen, recherchierte Informationen zu präsentieren. Sozialkompetenz Die Schülerinnen und Schüler können sachlich miteinander in der Gruppe kommunizieren. können gemeinsam Aufgaben bearbeiten und präsentieren. arbeiten kooperativ in Zweiergruppen und in Kleingruppen. Verwendete Literatur Michael Dickreiter , Volker Dittel , Wolfgang Hoeg und Martin Wöhr (2008): Handbuch der Tontechnik K.G. Saur. Zollner, Manfred und Zwicker, Eberhard (1993): Elektroakustik; Springer-Verlag, 3. Aufl., Berlin.

Die Unterrichtseinheit für das Fach Mathematik der Klassen 9–10 unterstützt Schülerinnen und Schüler die Definition und Eigenschaften des Goldenen Schnitts zur Berechnung und Konstruktion von Verhältnissen zu verstehen. Sie leiten das Streckenverhältnisses her, berechnen die Goldene Zahl, konstruieren Goldene Rechtecke und Dreiecke und befassen sich mit der Fibonacci-Spirale. Durch selbst gesteuertes Lernen mit differenzierten Aufgaben sowie realen Anwendungsbeispiel aus Architektur und Kunst werden die zentralen Prinzipien vertieft. Der Goldene Schnitt ist ein faszinierendes mathematisches Verhältnis, das in vielen Bereichen des Lebens (Körpermaße), der Kunst (Mona Lisa), Bildhauerei (Michelangelos David), der Architektur (Altes Leipziger Rathaus) und der Natur (Nautilus) auftaucht. In dieser Unterrichtseinheit für den Mathematikunterricht der Sekundarstufe I setzen sich die Schülerinnen und Schüler intensiv mit dem Thema "Goldener Schnitt" auseinander. Der erste Teil der Einheit vermittelt eine grundlegende Einführung in die mathematischen Aspekte des Goldenen Schnitts. Mithilfe verschiedener Aufgaben entdecken die Lernenden, in welchem Zusammenhang der Goldene Schnitt zur Mathematik steht. Im zweiten Teil liegt der Fokus auf der Architektur. Die Schülerinnen und Schüler recherchieren nach Gebäuden, die dem Goldenen Schnitt entsprechen, und überprüfen am Beispiel des Alten Rathauses in Leipzig, inwieweit es nach diesen Prinzipien errichtet wurde. Im dritten Teil wird das Thema auf das Steinmetz-Handwerk übertragen, wodurch den Lernenden eine praxisnahe und lebensweltbezogene Perspektive geboten wird. Hier setzen sie sich auch mit der Fibonacci-Folge auseinander und untersuchen Denkmäler auf die Anwendung des Goldenen Schnitts im Handwerk. Durch praxisorientierte Textaufgaben wird das Verständnis des Themas weiter vertieft. Ein begleitendes Informationsblatt unterstützt die Recherchearbeit. Zur Verfügung stehenden GeoGebra-Dateien erleichtern das Verständnis und bieten eine weitere Annäherung an das Thema. Diese Dateien stehen zum Download auf der Materialseite zur Verfügung. Neben dem Informationsblatt beinhalten die Arbeitsblätter teilweise Erklärungen und daran gekoppelte Aufgaben. Grundsätzlich wird auf das Informationsblatt als Quelle verwiesen. Die Arbeitsblätter bauen aufeinander auf, so dass die Schülerinnen und Schüler mit dem letzten Arbeitsblatt eigenständig den Goldenen Schnitt umsetzen können sollten. Die Unterrichtseinheit ist für einen Zeitraum von 12 bis 16 Unterrichtsstunden angelegt, wobei pro Woche ein Arbeitsblatt bearbeitet werden kann. Die Bearbeitungszeit kann sich durch die eigenständige Recherchearbeit mit dem Informationsblatt um ein bis zwei Wochen verlängern. Differenzierte Aufgabenstellungen bieten den Lernenden verschiedene Zugänge zum Thema und unterstützen sie in ihrer individuellen Herangehensweise. Der Unterrichtsverlauf folgt einer Struktur, die in drei Phasen unterteilt ist: Plenumsphase, Übungsphase und Rückmeldungsphase. Alternativ können die Aufgaben auch in Wochenplänen eingesetzt werden, was eine flexible Gestaltung des Unterrichts ermöglicht. Im Verlaufsplan werden die Phasen ergänzt, in denen die Lehrkraft die Inhalte präsentiert und den Lernenden Raum gibt, Fragen zu stellen. Die verbleibende Zeit ist für eigenständiges und selbstverantwortliches Lernen vorgesehen. Diese Phasen werden nicht gesondert aufgeführt. Diese Einheit basiert auf dem Prinzip des "eigenständigen" Lernens. Hierzu dienen Infokästchen und ausführliche Erklärungen zur Erarbeitung des Inhaltes. An diesen Erklärungen knüpfen differenzierte Aufgaben an, um verschiedene Leistungsniveaus abbilden zu können. Die vertiefenden Übungen dienen zur weiteren Differenzierung. Im ersten Schritt sollte das Informationsblatt erarbeitet werden. Die Arbeitsblätter 1 bis 2 sowie das Informationsblatt können in der Jahrgangsstufe 9 und 10 eingesetzt werden. Die Arbeitsblätter bauen aufeinander auf, so dass es sinnvoll ist, dass die Schülerinnen und Schüler die Arbeitsblätter chronologisch erarbeiten. Ebenfalls sollten die Schülerinnen und Schüler entsprechende Vorkenntnisse in Geometrie (insbesondere in Bezug auf Dreiecke und Vielecke) für die Arbeitsblätter mitbringen. Die Aufgaben mit vier Sternen sind für leistungsstarke Schülerinnen und Schüler geeignet. Im Rahmen des selbstständigen Lernens mit Wochenplänen können diese Aufgaben als Zusatzaufgaben notiert werden. Fachkompetenz Die Schülerinnen und Schüler erkennen und beschreiben geometrische Strukturen in der Umwelt. berechnen Streckenlängen, auch unter Nutzung von Ähnlichkeitsbeziehungen. Medienkompetenz Die Schülerinnen und Schüler suchen, verarbeiten und bewahren Inhalte und Materialien auf. kommunizieren und kooperieren auf verschiedenen Ebenen miteinander. setzen digitale Werkzeuge zum Lösen von Problemen ein. Sozialkompetenz Die Schülerinnen und Schüler können sachlich kommunizieren. können gemeinsam Aufgaben bearbeiten und ausführen. können sich an Absprachen und Vereinbarungen halten. Verwendete Literatur Zirburske, Heinz. 2017. Mathematik 2, Geometrie und Trigonometrie (12. Auflage), S. 154-156 Scheid, Harald. 2001. Elemente der Mathematik (3. Auflage), S.36;71