Ministerium für Schule Leitfaden zu den Fachanforderungen ... · Das Besondere an diesem Konzept...

Schleswig-Holstein. Der echte Norden.

Leitfadenzu denFachanforderungen Naturwissenschaften

Ministerium für Schuleund Berufsbildung

Allgemein bildende Schulen

Sekundarstufe I

Herausgeber: Ministerium für Schule und Berufsbildung des Landes Schleswig-Holstein Brunswiker Straße 16-22, 24105 KielKontakt: [email protected]: Stamp Media im Medienhaus Kiel, Ringstraße 19, 24114 Kiel, www.stamp-media.deDruck: Schmidt & Klaunig im Medienhaus Kiel, Ringstraße 19, 24114 Kiel, www.schmidt-klaunig.deKiel, Februar 2015Die Landesregierung im Internet: www.schleswig-holstein.de

Diese Druckschrift wird im Rahmen der Öffentlichkeitsarbeit der schleswig-holsteinischen Landesregierung herausgegeben.Sie darf weder von Parteien noch von Personen, die Wahlwerbung oder Wahlhilfe betreiben, im Wahlkampf zum Zwecke der Wahlwerbung verwendet werden. Auch ohne zeitlichen Bezug zu einer bevorstehenden Wahl darf die Druckschrift nicht in einer Weise verwendet werden, die als Parteinahme der Landesregierung zugunsten einzelner Gruppen verstanden werden könnte. Den Parteien ist es gestattet, die Druckschrift zur Unterrichtung ihrer eigenen Mitglieder zu verwenden.

Impressum

Leitfadenzu denFachanforderungen Naturwissenschaften

Allgemein bildende Schulen

Sekundarstufe I

Leitfaden zu den fachanforderungen naturwissenschaften sekundarstufe i4

I Einleitung .................................................................................................................................................................................. 6

II Leitfaden zu den Fachanforderungen Naturwissenschaften ................................................................ 8

1 Didaktische Hinweise zu den Fachanforderungen ................................................................................................................. 8

1.1 Naturwissenschaftliche Grundbildung ................................................................................................................................ 8

1.2 Bildung für nachhaltige Entwicklung .................................................................................................................................. 8

1.3 Das integrierte Fach Naturwissenschaften ......................................................................................................................... 9

1.4 Kompetenzen und Basiskonzepte .....................................................................................................................................10

1.4.1 Naturwissenschaftliche Kompetenz ...............................................................................................................................10

1.4.2 Kompetenzbereiche .........................................................................................................................................................11

1.4.3 Prozessbezogene Kompetenzen ....................................................................................................................................12

1.4.4 Entwicklung der Basiskonzepte ......................................................................................................................................16

1.4.5 Anforderungsebenen und Anforderungsbereiche der inhaltsbezogenen Kompetenzen ......................................29

2 Methodische Verfahren in der Unterrichtsplanung ...............................................................................................................31

2.1 Grundlegende Prinzipien ...................................................................................................................................................31

2.2 Verknüpfung von situationsbezogenem und systematischem Lernen..........................................................................31

2.3 Das Handeln der Lehrkraft in heterogenen Lerngruppen ..............................................................................................31

2.4 Methodische Planungsinstrumente ...................................................................................................................................33

2.5 Förderung der Sprachkompetenz im naturwissenschaftlichen Unterricht ...................................................................34

2.5.1 Abstraktionsebenen .........................................................................................................................................................35

2.5.2 Scaffolding ........................................................................................................................................................................36

2.5.3 Eine gemeinsame Fachsprache für das Fach Naturwissenschaften ...........................................................................37

3 Organisation des naturwissenschaftlichen Unterrichts ........................................................................................................38

3.1 Organisationsformen für den naturwissenschaftlichen Unterricht ................................................................................38

3.2 Mögliche Themenfelder .....................................................................................................................................................38

3.3 Umsetzung an der eigenen Schule ...................................................................................................................................41

3.4 Poster für das schulinterne Fachcurriculum ......................................................................................................................41

3.5 Bewertung und Zeugnisnote ..............................................................................................................................................45

4 Lernaufgaben für leistungsheterogene Gruppen .................................................................................................................46

III Anhang.................................................................................................................................................................................. 47

Inhalt

INHALT

5Leitfaden zu den fachanforderungen naturwissenschaften sekundarstufe i

INHALT


EINLEITUNG

Die seit dem Schuljahr 2014/15 geltenden Fachan-

forderungen Naturwissenschaften lösen den bisher

geltenden Lehrplan Naturwissenschaften ab.

Dieser Leitfaden soll Lehrkräfte und Fachschaften

dabei unterstützen, Unterricht auf der Grundlage der

Fachanforderungen zu planen und durchzuführen. Dabei

stehen folgende Aspekte im Mittelpunkt:

Unterstützung bei der Erstellung und Fortschreibung des

schulinternen Fachcurriculums

Die Fachanforderungen verzichten auf kleinschrittige

Detailregelungen. Themen und Inhalte sind nicht

einzelnen Jahrgangsstufen zugeordnet, weil eine solche

Zuordnung neben pädagogischen und didaktischen

Abwägungen auch von der Ausgestaltung der

Kontingentstundentafel an der Schule abhängt. Es ist

Aufgabe des schulinternen Fachcurriculums, die zentralen

Inhalte und Kompetenzen, die in den Fachanforderungen

auf den jeweiligen Abschluss bezogen ausgewiesen sind,

über die einzelnen Jahrgangsstufen hinweg aufzubauen

(vgl. Fachanforderungen, Kapitel 4).

Der Leitfaden soll die Fachschaften bei der Erstellung

und Fortschreibung des schulinternen Fachcurriculums

unterstützen, indem er konkrete Anregungen für

die Umsetzung der Fachanforderungen in der

Unterrichtspraxis anbietet. Er informiert über mögliche

Organisationsformen des Unterrichts und bietet mögliche

Themenfelder an, in denen die Fachanforderungen

konkretisiert werden können. Der Leitfaden enthält als

Einlage drei Poster für das schulinterne Fachcurriculum

Naturwissenschaften 5/6, 7/8 und 9/10, in denen

der Aufbau der Basiskonzepte und dazu passende

Themenfelder dargestellt sind.

Differenzierung

In den Fachanforderungen für die Sekundarstufe I werden

die angestrebten Kompetenzen und die zentralen Inhalte

auf drei Anforderungsebenen ausgewiesen: Erster

allgemeinbildender Schulabschluss (ESA), Mittlerer

Schulabschluss (MSA), Übergang in die Oberstufe (vgl.

Fachanforderungen, Kapitel 2).

Trotz Unterscheidung der Kompetenzbeschreibungen

und Inhalte nach Anforderungsebenen kann in der

tabellarischen Darstellung der Fachanforderungen aber

nur ansatzweise deutlich werden, wie sich im Unterricht

die Anforderungsebenen abdecken lassen.

Der Leitfaden verdeutlicht, wie mögliche Leistungen

von Schülerinnen und Schülern vor dem Hintergrund

der Anforderungsebenen und Anforderungsbereiche

eingeordnet werden können.

Das integrierte Fach Naturwissenschaften

Im Unterricht der Grundschule führen Kinder begeistert

einfache naturwissenschaftliche Experimente durch. Mit

kleinen Glühlampen und Flachbatterien erforschen sie

die Wirkung des elektrischen Stroms. Sie experimentieren

zum Beispiel mit Feuer, um herauszubekommen, wie sie

sicher damit umgehen können. Dabei entwickeln sie sehr

viel Phantasie und Engagement. Sie stellen Fragen über

Fragen, entwickeln Vermutungen und entwickeln eigene

Vorstellungen und Wissen.

In vielen Ländern hat man begonnen, die

vorhandene kindliche Entdeckungsfreude für den

naturwissenschaftlichen Unterricht zu nutzen und

bereits früh Grundlagen und Einsichten zu den

Naturwissenschaften anzubahnen, die in den höheren

Klassenstufen aufgegriffen und ausdifferenziert werden

können. Was hier angelegt und als Entwicklung

begonnen wird, prägt über alle Altersstufen hinweg,

häufig das Interesse und das Engagement im gesamten

naturwissenschaftlichen Unterricht so Ergebnisse, der

Forschung.

Mit zunehmendem Alter weicht diese Begeisterung

an der Umwelt einem Interesse an den Belangen der

eigenen Person und der Peer-Group. Dies geht einher mit

I Einleitung


EINLEITUNG

einer grundsätzlichen Neuorientierung, deren typische

Abgrenzungsbestrebungen in der Pubertät deutlich

werden. Jugendliche sind daher durch eine Kombination

aus Selbstwirksamkeits- und Autonomieerleben in den

Unterricht einzubinden, wie sie in veränderten Methoden

und Unterrichtsabläufen ermöglicht werden. Das

Bedürfnis nach Kontakten zu Gleichaltrigen wird durch die

Arbeit in Gruppen gefördert. Besonders interessant sind

Themen, die die eigene Person betreffen, also Themen aus

dem Komplex Gesundheit, Fitness usw.

Das Land Schleswig-Holstein folgt dem Beispiel anderer

europäischer Schulsysteme, in denen das Fach „Science“

die Einzelwissenschaften Biologie, Chemie und Physik

zusammenfasst.

In den Jahrgängen 5-7 ist der integrierte naturwissen-

schaftliche Unterricht mit vielen Wochenstunden gut

in die Praxis umzusetzen. Das systematische Vorgehen

auf dem dem Weg der naturwissenschaftlichen

Erkenntnisgewinnung bildet hier den Schwerpunkt

der Kompetenzförderung und des fachlichen Lernens.

Entlang möglicher Themenfelder lässt sich ab dem

8. Schuljahr sowohl eine Fortsetzung des integrierten

Ansatzes als auch ein Unterricht in den Fächern Biologie,

Chemie und Physik auf Basis der Fachanforderungen

Naturwissenschaften realisieren.

Einen schnellen Überblick über mögliche Themenfelder,

verbunden mit einem fachsystematischen Aufbau der

Basiskonzepte liefern die drei beiliegenden Poster.

Sie können als Grundlage für die Entwicklung eines

schulinternen Fachcurriculums für den naturwissen-

schaftlichen Unterricht in der Sekundarstufe I dienen.


1 Didaktische Hinweise zu den Fachanforderungen

1.1 Naturwissenschaftliche Grundbildung

In unserer Gesellschaft gehören Naturwissenschaften

und Technik zu den gesamtgesellschaftlichen

Bereichen und Entwicklungen, die unseren Alltag und

unsere Identität prägen. Das Wechselspiel zwischen

naturwissenschaftlicher Erkenntnis und technischer

Anwendung bewirkt Fortschritte auf allen Gebieten.1

Ein grundsätzliches Verständnis naturwissenschaftlicher

Phänomene, Zusammenhänge und Methoden sollte

daher zu den unentbehrlichen Elementen einer zeitge-

mäßen Allgemeinbildung gehören. Dieses Anliegen

wird in der Didaktik unter der Bezeichnung naturwissen-

schaftliche Grundbildung (Scientific Literacy) diskutiert.

„Naturwissenschaftliche Grundbildung ermöglicht dem

Individuum eine aktive Teilhabe an gesellschaftlicher

Kommunikation und Meinungsbildung über technische

Entwicklung und naturwissenschaftliche Forschung und ist

deshalb wesentlicher Bestandteil von Allgemeinbildung.

Ziel naturwissenschaftlicher Grundbildung ist es,

Phänomene erfahrbar zu machen, die Sprache und

Historie der Naturwissenschaften zu verstehen, ihre

Ergebnisse zu kommunizieren sowie sich mit ihren

spezifischen Methoden der Erkenntnisgewinnung und

deren Grenzen auseinander zu setzen.“2

Das Besondere an diesem Konzept ist, dass die

erworbenen naturwissenschaftlichen Kompetenzen und

Erkenntnisse als integrale Bestandteile Eingang in das

alltägliche Denken und Handeln finden sollen. Aufgabe

des naturwissenschaftlichen Unterrichts ist es daher, die

Entwicklung von Fähigkeiten, Fertigkeiten und Haltungen

der Lernenden zu fördern, die verantwortliches Handeln

auf der Basis eines naturwissenschaftlichen Verständnisses

im Alltag ermöglichen.

Die Deutung naturwissenschaftlicher Phänomene ist stets

auch mit naiven und somit fehlerhaften Vorstellungen

verbunden. Wie in der Wissenschaft gilt es auch im

Unterricht, diese Vorstellungen kritisch zu hinterfragen

und durch bessere Erklärungen und Modellvorstellungen

zu ersetzen. Diese Lernprozesse können von der Lehrkraft

initiiert und unterstützt werden. Sie führen dazu, dass der

aktuelle Wissensstand immer wieder revidiert und durch

ein besseres Verständnis der Zusammenhänge erweitert

und vertieft wird. Naturwissenschaftliche Grundbildung

nimmt somit Einfluss auf das alltägliche Denken und

Handeln der jungen Menschen. Sie wird im Wesentlichen

durch prozedurale und konzeptuelle Aspekte

gekennzeichnet, die durch die folgenden Fähigkeiten

bestimmt werden:

∙ Erkennen von Fragestellungen, die mit naturwissen-

schaftlichen Zugängen bearbeitet werden können

∙ Beschreibung, Vorhersage und Erklärung natur-

wissenschaftlicher Phänomene

∙ Verständnis grundlegender naturwissenschaftlicher

Basiskonzepte

∙ Vertrautheit mit naturwissenschaftlichen Denk- und

Arbeitsweisen

∙ Verwendung von Fachsprache in der fachlichen

Kommunikation und Umgang mit unterschiedlichen

Repräsentationen

∙ Kritische Reflexion der Möglichkeiten und Grenzen

naturwissenschaftlicher Erkenntnis.3

1.2 Bildung für nachhaltige Entwicklung

Der Bildungsauftrag der Schule und damit auch des

naturwissenschaftlichen Unterrichts beschränkt sich

nicht allein auf die Vermittlung und Nutzung von

Wissen in unterrichtlichen Zusammenhängen. Der

naturwissenschaftliche Unterricht soll die Schülerinnen

und Schülern vor allem befähigen, sich mit gesellschaftlich

relevanten Fragen im Sinne der Kernprobleme des

II LEITFADEN ZU DEN FACHANFORDERUNGEN NATURWISSENSCHAFTEN


II Leitfaden zu den Fachanforderungen Naturwissenschaften

1 Vgl. Sekretariat der Ständigen Konferenz der Kultusminister der Länder in der Bundesrepublik Deutschland (Hrsg.): Beschlüsse der Kultusministerkonferenz – Bildungsstandards im Fach Biologie für den Mittleren Schulabschluss. Luchterhand, München 2005.

2 ebenda

3 Deutsches Pisa-Konsortium (Hrsg.): Schülerleistungen im internationalen Vergleich: Eine neue Rahmenkonstruktion für die Erfassung von Wissen und Fähigkeiten. Berlin: Max-Planck-Institut für Bildungsforschung. 2000.


gesellschaftlichen Lebens (vgl. Fachanforderungen

Naturwissenschaften S. 8) auseinanderzusetzen. Im

naturwissenschaftlichen Unterricht spielen dabei die

„Erhaltung der natürlichen Lebensgrundlagen“ und die

„Technikfolgenabschätzung“ eine zentrale Rolle. Aber

auch die Fragen nach dem „Zusammenleben in der einen

Welt“, nach „Demokratie“, „Gleichberechtigung“ und

„Frieden“ müssen berücksichtigt werden. Das Konzept

der Bildung für nachhaltige Entwicklung (BNE) ist für den

naturwissenschaftlichen Unterricht sehr gut geeignet,

diesen Bildungsauftrag zu erfüllen, indem die Themen

des Unterrichts nicht nur unter naturwissenschaftlicher

Perspektive betrachtet werden, sondern stets die

ökologischen, ökonomischen und sozialen Implikationen

unseres Handelns untersucht und bewertet werden.

Zu vielen Themenfeldern können Unterrichtsprojekte

entwickelt werden, die den Schülerinnen und Schülern

ein Probehandeln in realitätsnahen Zusammenhängen

ermöglichen. Dadurch werden sie befähigt, verantwortlich

Entscheidungen für die Gegenwart und Zukunft zu treffen

und abzuschätzen, wie sich das eigene Handeln auf die

Umwelt, auf die Gesundheit und auf andere Menschen

und Lebewesen auswirkt. Dieses Wissen über nachhaltige

Entwicklung gilt es im täglichen Leben und somit auch

in der Schule und im Unterricht anzuwenden. Der

Unterricht nach dem Konzept der Bildung für nachhaltige

Entwicklung (BNE) fördert folgende Fähigkeiten:

∙ vorausschauendes Denken

∙ interdisziplinäres Wissen

∙ autonomes Handeln

∙ Partizipation an gesellschaftlichen Entscheidungs-

prozessen.

Schülerinnen und Schüler erfahren, dass ihr Handeln

Konsequenzen für jeden Einzelnen, für das eigene Umfeld

und für andere hat. Sie werden aber auch ermutigt, selbst

aktiv zu werden und das eigene Handeln nachhaltig

zu gestalten. Ein solches Denken und Handeln ist

dringend notwendig, um Veränderungen anzustoßen

und drängende globale Probleme wie den Raubbau an

der Natur oder die ungleiche Verteilung von Reichtum

anzugehen.

1.3 Das integrierte Fach Naturwissenschaften

Im integrierten Fach Naturwissenschaften werden die

Perspektiven der Basisfächer Biologie, Chemie und Physik

verbunden. Auf diese Weise leistet es seinen Beitrag

zum zentralen Bildungsziel einer naturwissenschaftlichen

Grundbildung.

Der Unterricht in den naturwissenschaftlichen Fächern

greift – wenn möglich – Themen aus der Lebenswelt

auf. Er bietet komplexe Aufgaben, an denen die

Heranwachsenden Fragen zur Biologie, Chemie und

Physik des jeweiligen Themas bearbeiten. Nicht selten

spielen dabei aber auch geographische, historische und

ethische Fragen eine wichtige Rolle. Somit wird deutlich,

dass das Fach Naturwissenschaften keine einfache

Addition der Einzelfächer darstellt. Die Besonderheit

dieses Faches liegt in der Vernetzung verschiedener

Fachdisziplinen.

Genauso wichtig ist, dass die Lernenden ein

fachsystematisches Verständnis entwickeln. Daher ist es

unerlässlich, dass die Lehrkraft auch den kumulativen

Wissensaufbau im Blick hat. Es geht dabei nicht um die

Anhäufung eines möglichst detailreichen Fachwissens,

vielmehr sollen die Lernenden Muster in verschiedenen

Beispielen wiedererkennen, Regeln ableiten und

Grundvorstellungen entwickeln, um diese in neuen

Zusammenhängen anwenden zu können.

Im Fach Naturwissenschaften spielt der Kompetenz-

bereich Erkenntnisgewinnung eine zentrale Rolle. Vor

allem in den Jahrgängen 5 bis 7 sollen die Schülerinnen

und Schüler die Vorgehensweise naturwissenschaftlicher

Forschung an einfachen Beispielen kennenlernen,

einüben und anwenden. In den höheren Jahrgängen

werden dann zunehmend fachspezifische

Forschungsmethoden der Chemie, Physik und Biologie

vermittelt. Die Schülerinnen und Schüler beschaffen

Fachinformationen und werten diese aus, kommunizieren

sie altersgerecht und präsentieren sie. Der Einsatz

digitaler Medien erscheint hierbei unentbehrlich.




So leistet der naturwissenschaftliche Unterricht einen

Beitrag zum Kompetenzbereich Kommunikation.

Fragestellungen aus der Alltagswelt der Lernenden

lassen sich häufig nicht aus der Sicht eines Faches

umfassend beantworten. Die Vernetzung von Fachwissen

der drei naturwissenschaftlichen Fächer ermöglicht den

systematischen Aufbau der Bewertungskompetenz der

Lernenden.

1.4 Kompetenzen und Basiskonzepte

1.4.1 Naturwissenschaftliche Kompetenz

Die Lernenden sollen befähigt werden, heute und in

Zukunft mithilfe erworbenen Fachwissens und erworbener

fachspezifischer Kompetenzen verantwortlich mit

sich selbst, mit anderen Menschen und mit der Natur

umzugehen.

„Kompetenzen sind vor allem erlernbare, kognitiv

verankerte – weil wissensbasierte – Fähigkeiten und

Fertigkeiten, die auf eine erfolgreiche Bewältigung

zukünftiger Anforderungen in Alltags- und Berufs-

situationen zielen. Über derartige Anforderungen

sind Kompetenzen funktional bestimmt, erlernbar und

überprüfbar.

Handeln als reflektive Anwendung von Fähigkeiten und

Fertigkeiten in Verbindung mit Wissen bewirkt sowohl

eine Entwicklung des Wissens als auch des Handelns.

Erfahrungen werden beim Handeln vor dem Hintergrund

von vorhandenem Wissen und Können reflektiert und

kontinuierlich verändert.“4

Derartiges schulisches Lernen legt damit Grundlagen für

ein lebenslanges Lernen.

Weinert beschreibt Kompetenzen als „bei Individuen

verfügbare oder von ihnen erlernbare kognitive

Fähigkeiten und Fertigkeiten, bestimmte Probleme zu

lösen, sowie die damit verbundenen motivationalen,

volitionalen und sozialen Bereitschaften und Fähigkeiten,

die Problemlösungen in variablen Situationen erfolgreich

und verantwortungsvoll nutzen zu können“.5

Schülerinnen und Schüler sind kompetent, wenn sie zur

Bewältigung von Anforderungssituationen

∙ auf vorhandenes Wissen zurückgreifen und sich

benötigtes Wissen beschaffen,

∙ die zentralen Zusammenhänge des Lerngebietes

erkennen und verstanden haben,

∙ angemessene Lösungswege wählen,

∙ Lösungswege kreativ erproben,

∙ bei ihren Handlungen auf verfügbare Kenntnisse,

Fähigkeiten und Fertigkeiten zurückgreifen und

∙ das Ergebnis ihres Handelns an angemessenen Kriterien

überprüfen.

4 Fortbildungskonzepte und –materialien zur kompetenz- bzw. standardorientierten Unterrichtsentwicklung. In: http://www.kmk-format.de/Beratung.html

5 Weinert, F. E.: Vergleichende Leistungsmessung in Schulen – eine umstrittene Selbstverständlichkeit. In: Weinert, F. E. (Hrsg.): Leistungsmessungen in Schulen. Weinheim und Basel: Beltz Verlag, S. 17-31.

Abb. 1: Entwicklung von Kompetenzen; aus: for.mat4

verändertesWissen

verändertesHandeln

...Wissen

Reflexion

HandelnRe...

I I LEITFADEN ZU DEN FACHANFORDERUNGEN NATURWISSENSCHAFTEN



1.4.2 Kompetenzbereiche

In Anlehnung an die KMK-Bildungsstandards für den

Mittleren Bildungsabschluss erfolgt die fachliche

Ausprägung des Kompetenzbegriffs in den drei

naturwissenschaftlichen Basisfächern Biologie, Chemie

und Physik durch Unterteilung in die prozessbezogenen

Kompetenzen „Erkenntnisgewinnung“, „Kommunikation“

und „Bewertung“ (Fachanforderungen, Kapitel 2.1) sowie

die inhaltsbezogenen Kompetenzen zum „Umgang mit

Fachwissen“ (Fachanforderungen, Kapitel 2.2).

Die folgende Grafik veranschaulicht, wie die

prozessbezogenen Kompetenzbereiche auf der

Grundlage von Fachwissen (Basiskonzepten)

zusammenwirken, um naturwissenschaftliche

Kompetenzen (siehe 2.5.1 Abstraktionsebenen

identische Angaben machen) aufzubauen:

Fachwissen/Basiskonzepte

∙ Basiswissen erarbeiten

∙ Aufbau von Leitideen

fachlichen Denkens

(Basiskonzepte)

∙ Phänomene, Begriffe und

Gesetzmäßigkeiten den

Basiskonzepten zuordnen

Erkenntnisgewinnung … auf der Grundlage von Fachwissen

∙ naturwissenschaftliche Denk- und Arbeitsweisen erkennen und anwenden

∙ Untersuchungsmethoden und Modelle nutzen

∙ Lösungsstrategien erstellen

∙ die Bedeutung des Experiments erfassen

Kommunikation … mit Fachwissen

∙ Informationen sach- und fachbezogen erschließen

∙ Sachgerecht argumentieren Fachsprache von Alltagssprache unterscheiden

Informationsquellen nutzen – Präsentationen gestalten

Bewertung … auf der Grundlage von Fachwissen∙ naturwissenschaftliche Sachverhalte in verschiedenen Kontexten sachgerecht

beurteilen

∙ die gesellschaftliche Bedeutung der Naturwissenschaften erfassen

∙ naturwissenschaftliche Kenntnisse nutzen

Kommunikation Erkenntnisgew

innung

Bewertung

BasiskonzepteFachwissen und

Leitideen fachlichenDenkens

Nat

urwiss

enschaftliche Kompetenzen

der Schülerinnen und Sch

üler

Abb. 2: Der Zusammenhang von Basiskonzepten, Fachwissen sowie prozess- und inhaltsbezogenen Kompetenzen bei der Auseinandersetzung mit naturwissenschaftlichen Fragestellungen (Schweckendiek)






Erkenntnisgewinnung

Förderung des Kompetenzbereichs Erkenntnisgewinnung in den

Jahrgängen 5-10

Beispiel zum Themenfeld „Maschinen“ Jahrgang 5/6

Die Schülerinnen und Schüler eignen sich Fachwissen an, indem sie …

Fragestellungen entwickeln

∙ problembezogene Fragen auf der Basis des jeweiligen Vorwissens formulieren.

∙ handlungsleitende bzw. erkenntnisleitende Fragen für eine Problemstellung formulieren.

∙ aus gewonnenen Erkenntnissen neue Fragestellungen entwickeln.

∙ eine Forschungsfrage stellen: Wie können wir den Aufbau und die Funktion von Haushaltsmaschinen erforschen und erklären?

∙ Fragen nach dem Aufbau und der Funktion der Getriebe, des elektrischen Antriebs, des Elektromotors und nach den Materialeigenschaften formulieren.

Hypothesen formulieren

∙ zu einer gegebenen Frage eine Hypothese formulieren.

∙ aus einer Hypothese methodische Folgerungen ableiten.

∙ Hypothesen und Gegenhypothesen formulieren.

∙ Hypothesen zum Aufbau einer elektrisch betriebenen Haushaltsmaschine formulieren oder ihre Vorstellungen in Skizzen darstellen.

∙ Hypothesen zur Funktion der Getriebe, der Motor-Teile, des elektrischen Antriebs und zu den verwendeten Materialien (Leiter / Nichtleiter) entwickeln.

∙ sich überlegen, wie sie ihre Vermutungen experimentell überprüfen können.

Naturwissenschaftliche Kompetenz setzt Fachwissen voraus. Die kompetente Bearbeitung

naturwissenschaftlicher Fragestellungen erfordert den Umgang mit diesem Fachwissen

(Basiskonzepte, Kapitel 2.5.4) über die prozessbezogenen Kompetenzbereiche

Erkenntnisgewinnung, Kommunikation und Bewertung.

Schülerinnen und Schüler eignen sich Fachwissen zu ihren Fragestellungen an, indem sie

Texte lesen, Experimente durchführen und auswerten (Erkenntnisgewinnung), darüber

kommunizieren und Sachverhalte begründet bewerten.

1.4.3 Prozessbezogene Kompetenzen

In den Fachanforderungen werden in Kapitel 2.1 die prozessbezogenen

Kompetenzbereiche Erkenntnisgewinnung, Kommunikation und Bewertung so

dargestellt, wie sie in der Sekundarstufe I gefördert werden sollen (mittlere Spalte).

Zur Unterstützung liefert der Leitfaden hierzu Beispiele, wie diese Förderung konkret am

Beispiel des Themenfelds „Maschinen“ aussehen kann:

Kommunikation Erkenntnisgew

innung

Bewertung





Jahrgängen 5-10



Untersuchungs-designs entwickeln und anwenden

∙ aufbauend auf einer Hypothese ein Untersuchungsdesign (Versuch, Beobachtungsvorgang, ...) entwerfen.

∙ Untersuchungsmethoden auswählen, die der Hypothese angemessen sind und die interpretierbare Ergebnisse liefern.

∙ Versuchsbeschreibungen (Texte) und Versuchsaufbauten (Zeichnungen) anfertigen.

∙ Mess- und Laborgeräte sachgerecht in einer Versuchsanordnung unter Berücksichtigung der Sicherheitshinweise nutzen.

∙ Messungen durchführen.

∙ Abfälle ordnungsgemäß entsorgen.

∙ Explosionszeichnungen von Haushaltsmaschinen nutzen, um den Aufbau der Maschinen nachzuvollziehen.

∙ Versuchsanleitungen für den Bau von Getrieben mit Technik-Baukästen, für die Untersuchung des Magnetismus von Dauermagneten und Elektromagneten, zur Untersuchung von Leitern und Nichtleitern und zur Erforschung der Funktion des Elektromotors auswählen.

∙ in Versuchsprotokollen schriftlich und grafisch eigene Beobachtungen und Ergebnisse dokumentieren.

∙ in einem Stromkreis die elektrische Leitfähigkeit verschiedener Materialien qualitativ messen.

∙ die Reste demontierter Maschinen zum Recycling zuführen.

Datenaus-wertungen vornehmen

∙ aus der Durchführung einer Untersuchung Daten gewinnen und sie in Protokollen festhalten.

∙ gewonnene Daten in Datentabellen, Grafen oder Diagrammen darstellen.

∙ mathematischen Verfahren zur Aufbereitung der Daten und zum Erkennen von Trends nutzen.

∙ zwischen den aufbereitete Daten (Beobachtung) und deren Interpretation (Deutung) trennen.

∙ Theorien zur Erklärung der Phänomene formulieren und Regeln und Gesetzmäßigkeiten nutzen.

∙ Ergebnisse mit der zuvor gestellten Hypothese vergleichen und so die Hypothese stützen oder verwerfen.

∙ gewonnene Daten nutzen, um das gewählte Untersuchungsdesign kritisch zu überprüfen und ggf. zu optimieren.

∙ die Ergebnisse der Leitfähigkeitsuntersuchung bestimmten Stoffgruppen zuordnen.

∙ Regeln für die Funktion von Getrieben formulieren.

∙ Regeln aufstellen, die die Abhängigkeit der Stärke von Elektromagneten von ihrem Aufbau beschreiben.

∙ Ideen entwickeln, wie sie die magnetische Wirkung von Dauer- und Elektromagneten beeinflussen können.





Jahrgängen 5-10



Modelle verwenden

∙ experimentelle Befunde mit Hilfe gegebener Modelle erklären.

∙ passende Modelle für eine Fragestellung auswählen und sie anwenden.

∙ die Funktion eines Modells im Rahmen einer Fragestellung einordnen und sie erklären.

∙ verstehen, dass Modelle nur bestimmte Eigenschaften des Originals wiedergeben und dadurch dessen Komplexität vereinfachen.

∙ verschiedene Modelltypen (Struktur-, Funktions- und Denkmodelle) für die makroskopischen, mikroskopischen und submikroskopischen Bereiche unterscheiden.

∙ die Grenzen eines Modells im Rahmen einer Fragestellung erkennen und Veränderungen am Modell vornehmen.

∙ selbst Modelle entwickeln, um ein Phänomen zu veranschaulichen und Erklärungen zu finden.

∙ anhand einfacher Modelle (Dauermagneten, Elektromagneten, Getriebe aus Technikbaukästen) die Funktion einer elektrischen Haushaltsmaschine schrittweise aufklären.

∙ funktionsfähige Modelle von Elektromotoren selber bauen.

Tabelle1: Förderung des Kompetenzbereichs Erkenntnisgewinnung




Kommunikation

Förderung des Kompetenzbereichs Kommunikation in den

Jahrgängen 5-10

Beispiel zum Themenfeld „Maschinen“ in Jahrgang 5/6

Die Schülerinnen und Schüler erschließen sich Informationen und tauschen diese aus, indem sie …

Alltags-, Fach- und Symbol-sprache angemessen verwenden

∙ naturwissenschaftliche Phänomene mithilfe der Alltagssprache beschreiben.

∙ zunehmend Anteile der Fachsprache verwenden.

∙ fachliche Darstellungsformen und Symbolsprache (Reaktionsschemata, Diagramme, Symbole, Zeichnungen, ...) zur Darstellung von Zusammenhängen und Prozessen nutzen.

∙ den Bau und die Funktion von Haushaltsmaschinen mit ihrer Alltagssprache beschreiben.

∙ zunehmend Fachbegriffe (Dauermagnet, Elektromagnet, Magnetfeld, Rotor, Stator, Polwender, ...) verwenden.

∙ zum Beispiel die Energieumwandlung durch die Maschine in einem Flussdiagramm darstellen.

Informationen erschließen

∙ vorhandene Informationen sichten.

∙ geeignete Informationsquellen auswählen.

∙ Informationen aus unterschiedlichen Quellen erschließen.

∙ Informationen auf Brauchbarkeit und Vollständigkeit prüfen.

∙ Informationen in eine geeignete Struktur und Darstellungsform bringen.

∙ die Qualität einer Informationsquelle beurteilen.

∙ Informationen zur kulturgeschichtlichen Entwicklung von Maschinen aus Jugend-Fachbüchern entnehmen, auswerten und Mitschüler darüber informieren.

∙ Funktionsbeschreibungen aus Schulbüchern entnehmen und mit den eigenen Erkennt-nissen aus Versuchen vergleichen.

Informationen weitergeben/

Ergebnisse präsentieren

∙ Schwerpunkte setzen und dafür geeignete Informationen auswählen.

∙ geeignete Darstellungs- und Präsentations-formen ziel- und adressatengerecht auswählen.

∙ wesentliche Informationen in angemessener Fachsprache sach- und adressatengerecht vermitteln.

∙ Ausstellungen planen und organisieren.

∙ eigene „Forschungsergebnisse“ in kurzen mündlichen Vorträgen mithilfe von Modellen, Zeichnungen oder Abbildungen adressatengerecht ihren Mitschülern oder Eltern unter Verwendung von Fachsprache und Fachbegriffen präsentieren.

∙ Eine Ausstellung über Haushaltsmaschinen in der Schule planen und organisieren.

argumentieren ∙ Argumente sammeln und ordnen.

∙ passende Argumente auswählen.

∙ eigene Argumente entwickeln.

∙ einen Argumentationsprozess strukturieren.

∙ die Qualität von Argumenten beurteilen.

∙ in Diskussionen über naturwissenschaftliche Fragestellungen auf Argumente anderer eingehen und diese bewerten.

∙ die Funktionsweise von Maschinenteilen aus der Erkenntnisgewinnung bei Versuchen und bei der Arbeit mit Modellen ableiten.

∙ die fachliche Qualität von Erklärungen vergleichen und beurteilen.

Tabelle 2: Förderung des Kompetenzbereichs Kommunikation




Bewertung

Förderung des Kompetenzbereichs Bewertung in den Jahrgängen 5-10

Beispiel zum Themenfeld „Maschinen“ Jahr-gangsstufe 5/6

Die Schülerinnen und Schüler erkennen und bewerten Sachverhalte in verschiedenen Kontexten, indem sie …

Bewertungs-kriterien formulieren und anwenden

∙ relevante Fakten in Problem- und Entscheidungsfeldern erkennen und daraus Bewertungskriterien ableiten und diese formulieren.

∙ eigene Bewertungskriterien zu einem Problem- und Entscheidungsfeld formulieren.

∙ zwischen Werten und Normen unterscheiden.

∙ die Vor- und Nachteile der Nutzung von Maschinen vergleichen.

∙ Kriterien für die Nutzung von elektrisch betriebenen Maschinen entwickeln und anwenden.

Handlungs-optionen formulieren

∙ aus Bewertungskriterien mögliche Handlungsoptionen für Problem- und Entscheidungssituationen ableiten.

∙ Handlungsoptionen und Motive vergleichen, die diesen zu Grunde liegen.

∙ eigene Handlungsoptionen aus ihren Bewertungskriterien herleiten.

∙ Handlungsoptionen bei der Nutzung von Maschinen im Alltag erkennen und begründen.

∙ Regeln für die Entsorgung defekter Maschinen aufstellen und begründen.

Handlungsfolgen beurteilen

∙ kurz- und langfristige Folgen eigenen und fremden Handelns abschätzen.

∙ prüfen, ob alle Bewertungskriterien, Handlungsoptionen und deren Folgen angemessen berücksichtigt worden sind.

∙ erkennen, dass es Situationen gibt, in der keine Handlungsoption zu einer Lösung der Problemsituation führt.

∙ Prozesse zur Entscheidungsfindung reflektieren.

∙ Folgen unsachgemäßen Umgangs mit elektrisch betriebenen Maschinen für Mensch und Umwelt beschreiben und erklären.

∙ Folgen verschiedener Entsorgungsmöglichkeiten defekter Maschinen für Mensch und Umwelt abschätzen und bewerten.

Tabelle 3: Förderung des Kompetenzbereichs Bewertung

1.4.4 Entwicklung der Basiskonzepte

Die fachwissenschaftlichen Inhalte werden durch

Basiskonzepte strukturiert und beschrieben. Es handelt

sich um „eine strukturierte Vernetzung aufeinander

bezogener Begriffe, Theorien und erklärender

Modellvorstellungen, die sich aus der Systematik eines

Faches zur Beschreibung elementarer Prozesse und

Phänomene als relevant herausgebildet haben“6

Basiskonzepte beinhalten zentrale, aufeinander bezogene

Begriffe, Modellvorstellungen und Systematiken. Sie

6 Demuth, R./ Ralle, B./ Parchmann, I.: Basiskonzepte- eine Herausforderung an den Chemieunterricht. In: ChemKon 2/2005, S. 55 – 60.

BasiskonzepteFachwissen und

Leitideen fachlichenDenkens




werden Schritt für Schritt durch alle Jahrgangsstufen

hindurch in unterschiedlichen Zusammenhängen immer

wieder aufgegriffen und weiter ausdifferenziert. So kann

ein grundsätzliches Verständnis für naturwissenschaftliche

Prozesse entstehen.

In den Bildungsstandards für den Mittleren

Schulabschluss sind die Basiskonzepte der Fächer

Biologie, Chemie und Physik für den Bereich des

Fachwissens auf den ersten Blick recht unterschiedlich:

Basiskonzepte

Biologie System Struktur und Funktion Entwicklung

Chemie Stoff-Teilchen-Konzept

Struktur-Eigenschafts-

Konzept

Konzepte zur chemischen

ReaktionEnergiekonzept

Physik Materie Wechselwirkungen System Energie

Tabelle 4: Basiskonzepte der Fächer Biologie, Chemie und Physik

Vor dem Hintergrund der Gemeinsamkeiten und der

fachlichen Unterschiede der Basiswissenschaften,

werden für das Fach Naturwissenschaften sieben

Basiskonzepte für den Kompetenzbereich des

Fachwissens formuliert, die so gewählt sind, dass nach

der 10. Jahrgangsstufe auch Anschlussfähigkeit für einen

Übertritt in die Oberstufe gewährleistet wird, in der der

naturwissenschaftliche Unterricht in der Regel in den

Einzelfächern stattfindet.

Basiskonzepte des Fachs Naturwissenschaften

1. Energie

2. Materie

3. Wechselwirkungen

4. System

5. Struktur und Funktion

6. Entwicklung

7. Chemische Reaktion

Tabelle 5: Basiskonzepte des Fachs Naturwissenschaften

Die Basiskonzepte sollen das Verständnis von

naturwissenschaftlichen Phänomenen und

Zusammenhängen erleichtern. Die Lernenden

setzen sich mit naturwissenschaftlichen Fachfragen

auseinander. Dabei sollen sie wiederkehrende Muster,

die als „Basiskonzepte“ beschrieben werden, erkennen.

Damit die Lernenden aus ihren exemplarischen

Unterrichtsthemen allgemeine naturwissenschaftliche

Erkenntnisse entwickeln können, muss der kumulative

Aufbau der Basiskonzepte von der Lehrkraft im Blick

behalten werden. So muss bei jeder Planung einer

Unterrichtseinheit bedacht werden, welche Aspekte

der Basiskonzepte besonders beachtet werden

sollen. Dadurch können die Erkenntnisse, die in

verschiedenen Unterrichtseinheiten gewonnen werden,

zur Musterbildung, also zur Verknüpfung und zum

Transfer auf eine allgemeine naturwissenschaftliche

Erkenntnisebene genutzt werden. Erst auf dieser

Erkenntnisebene ist problemlösendes Denken und

Handeln möglich.

Die folgenden Tabellen veranschaulichen den inhaltlichen

Aufbau der Basiskonzepte in den Klassenstufen 5/6, 7/8

und 9/10.


Energie

Wie soll sich das Verständnis des Basiskonzepts Energie über die Jahrgänge entwickeln?

Jahrgänge 5/6 Jahrgänge 7/8 Jahrgänge 9/10

Gewinnung und Nutzung Nutzbare Energie wird in Kraftwerken

aus anderen Energieträgern

gewonnen (z. B. Elektrizität und

Wärme aus Kohle, Erdöl, Sonne,

Wind).

Energie ist notwendig für Leben und

jede Art der Veränderungen. Zur

Aufrechterhaltung von Bewegung,

zum Erhalt von Körperwärme und

Wachstum ist die Aufnahme von

Energie nötig.

Pflanzen nutzen Sonnenlicht als

Energiequelle.

Gewinnung und Nutzung Der Wechsel auf den Energieträger

Elektrizität geschieht meist

über Wärme, Bewegung oder

Stoffumwandlung. Elektrische

Induktion spielt dabei eine wichtige

Rolle.

Elektrizität und Wärme sind im

Alltag wichtige Energieträger.

Alle Lebewesen setzen Energie

um, indem sie Strukturen

aufbauen, Energie in chemischen

Verbindungen speichern, ihre

Körpertemperatur halten und sich

bewegen.

Gewinnung und Nutzung: Nutzbare Energie kann aus

erschöpfbaren und regenerativen

Quellen gewonnen werden.

Die damit verbundenen

Energieträgerwechsel in den

Kraftwerken haben unterschiedliche

Effizienz. Die Möglichkeit, Energie

zu speichern, ist eine große

Herausforderung. Bedeutung und

Auswirkung der Gewinnung und

Nutzung spielen in ökonomischen,

gesellschaftlichen und politischen

Zusammenhängen eine wichtige

Rolle (z. B. Kernenergie).

Energetische Erscheinungen bei

chemischen Reaktionen können

auf den Wechsel eines Teils der in

Stoffen gespeicherten Energie auf

andere Energieträger zurückgeführt

werden.

Energietransport und Wechsel des Energieträgers (Wandlung) Energie hat verschiedene

Energieträger, auf denen sie

gespeichert und transportiert wird.

Energie kann den Energieträger

(z. B. Kohle, Bewegung, Elektrizität,

Wärme, Licht, Nahrung) wechseln

und damit genutzt werden.

Diese Vorgänge lassen sich in

Transportketten darstellen.

Energietransport und Wechsel des Energieträgers (Wandlung)Der Transport von Energie und

der Wechsel des Energieträgers

geschehen auf verschiedene

Arten. Strahlung, Wärmeleitung,

Ad- und Konvektion und

elektrischer Strom sind typische

Transportmechanismen, die

sich optimieren lassen. Lage,

(mechanische) Spannung und

magnetische und elektrische Felder

(z. B. Licht) und Stoffe sind weitere

Energieträger.

Energietransport und Wechsel des Energieträgers (Wandlung)Der Energietransport erfolgt von

allein immer so, dass Temperatur-,

Höhen-, Konzentrations-,

Geschwindigkeits- und elektrische

Spannungsunterschiede abgebaut

werden. Die Entropie nimmt zu.

Energietransport geschieht auch

durch elektromagnetische Wellen.

Um Energie an einer Stelle zu

nutzen, muss an anderer Stelle

einem Energieträger Energie

abgenommen werden (Elektromotor,

Verbrennungsmotor, Nutzung von

Batterien). Weitere Energieträger

sind chemische Bindungen und

Atomkerne (Nukleare Energie).

Fortführung der Tabelle »





Energiebilanz In praktisch allen Situationen wird

nur ein Teil der eingesetzten Energie

für den eigentlichen Zweck genutzt.

Energiebilanz Die gesamte Energiemenge in einem

(idealen) geschlossenen System

bleibt erhalten und kann bilanziert

werden. So können quantitative

Vorhersagen über die Ergebnisse

von Prozessen getroffen werden,

ohne diese im Detail zu betrachten.

Es reicht aus, die Energien von

Anfangs- und Endzustand zu

bilanzieren (1. Hauptsatz der

Thermodynamik). Geschlossene

Systeme lassen sich in der Praxis

nur annähern, es findet immer

Energieentwertung statt, bei der

Energie dem System verloren geht.

Der Energiegehalt eines Systems

ändert sich aber auch gewollt durch

Austausch mit der Umgebung (z. B.

in chemische Reaktionen).

Energiebilanz Bei allen natürlichen Vorgängen, an

denen thermische Prozesse beteiligt

sind, findet Energieentwertung statt.

Diese kann verallgemeinert werden

auf eine Zunahme der Entropie (2.

Hauptsatz der Thermodynamik).

Ein „perpetuum mobile“ ist nicht

möglich. Über mathematische

Beschreibungen (Formeln) können

Energiemengen quantifiziert werden.

Tabelle 6: Konzeptentwicklung Basiskonzept Energie

MaterieWie soll sich das Verständnis des Basiskonzepts Materie über die Jahrgänge entwickeln?


Stoffe und Stoffeigenschaften

Man unterscheidet Reinstoffe

und Stoffgemische. Reinstoffe

haben eine charakteristische

Kombination von physikalischen

Eigenschaften (u. a. Farbe, Schmelz-

und Siedetemperatur, elektrische

Leitfähigkeit, Zusammenhang

Volumen/Masse (Dichte)), die zur

Trennung von Stoffgemischen

genutzt werden können.

Stoffe und Stoffeigenschaften

Man unterscheidet Reinstoffe, die

sich auch durch chemische Verfahren

nicht weiter trennen lassen (Elemente)

von Reinstoffen die sich durch

chemische Verfahren in verschiedene

Bestandteile trennen lassen (chemi-

schen Verbindungen). Elementare

Stoffe bestehen aus einer einzigen

Atomart. Verbindungen bestehen

aus Verbänden verschiedener

Atome. Aus wenigen Elementen

kann die Vielfalt an chemischen

Verbindungen entstehen.

Struktur und Stoffeigenschaften

Unterschiedliche Stoffeigenschaften

und Stoffumbildungen können

mithilfe eines differenzierten

Atommodells erklärt werden. Aus

der Stellung eines Elements im

Periodensystem der Elemente

können Eigenschaften auf der stoff-

lichen Ebene bis hin zu radioaktiven

Eigenschaften abgeleitet werden.






Stoff-Teilchen-Konzept / Modellarbeit Der Aufbau der Materie kann mit-

hilfe eines einfachen Teilchenmodells

erklärt werden. Teilchen sind

die Bausteine der Materie. Die

Teilchenebene und die Stoffebene

werden voneinander abgegrenzt.

Mischen und Trennen: Durch

einfache mechanische und

physikalische Trennverfahren

können aus Stoffgemischen

Reinstoffe gewonnen werden. Das

Teilchenmodell kann zur Betrachtung

dieser Vorgänge herangezogen

werden.

Stoff-Teilchen-Konzept / Modellarbeit Das einfache Teilchenmodell wird

durch die quantitative Betrachtung

chemischer Reaktionen zu einer

einfachen Atomvorstellung erweitert

(Atommodell nach Dalton). Die

kleinsten Teilchen nennt man

Atome; Atome eines Elements

sind untereinander gleich. Sie

unterscheiden sich von den Atomen

eines anderen Elements aufgrund

ihrer Masse. Atome üben Kräfte

aufeinander aus. Chemische

Reaktion können als Neuorganisation

von Teilchen beschrieben werden.

Bei chemischen Reaktionen gehen

Atome nicht verloren und werden

nicht neu geschaffen.

Stoff-Teilchen-Konzept / Modellarbeit Atombau:Atome bestehen aus einem

Atomkern und einer Elektronenhülle

und sind aus Elementarteilchen

(Protonen, Neutronen, Elektronen)

aufgebaut (Kern-Hülle-Modell nach

Rutherford).

Kernbausteine und radioaktive Strahlung: Radioaktive Stoffe senden Strahlen

aus.

Periodensystem der Elemente: Die Atomhülle weist eine

Struktur auf (Schalenmodell bzw.

Energiestufenmodell). Aufgrund des

Aufbaus der Atomhülle lassen sich

die Elemente systematisch in das

Periodensystem der Elemente PSE

einordnen.

Bindungsmodelle:Durch die Bildung von Ionen

entstehen geladene Teilchen, die

sich anziehen. Die Ionen haben

die gleiche Elektronenanzahl

und –verteilung in den

Schalen/Energiestufen wie die

Edelgasatome. Durch gemeinsam

benutzte Elektronenpaare

(Elektronenpaarbindungen) zwischen

Atomen entstehen Moleküle. In

Molekülen kann man jedem Atom

so viele Elektronen zurechnen wie

dem Edelgasatom, das in derselben

Periode des PSE wie das betreffende

Atom steht.

Tabelle 7: Konzeptentwicklung Basiskonzept Materie




Wechselwirkungen

Wie soll sich das Verständnis des Basiskonzepts Wechselwirkung über die Jahrgänge entwickeln?


Beispiele für WechselwirkungenWechselwirkungen haben

stofflichen (z. B. Materieaustausch)

oder energetischen (z. B.

Bewegungsänderungen,

Verformung, Wärmeübergänge)

Charakter.

Die Schwerkraft (Gravitation) ist für

Wechselwirkungen zwischen Körpern

verantwortlich, bei denen zumindest

einer sehr groß ist (Menschen oder

Dinge - Erde, Sonne-Planeten).

Sie sorgt für Bewegungs- und

Richtungsänderungen oder

Verformungen.

Magnetische Kräfte

lassen sich einsetzen, um

Bewegungsänderungen zu erzielen.

Ursachen der WechselwirkungenMechanische Wechselwirkungen

(mechanische Impulse) sorgen

für Bewegungsänderungen,

Verformungen und

Temperaturänderungen.

Elektrische und magnetische Kräfte

und Felder beruhen auf Ladungen.

Diese sind in Ruhe elektrostatisch.

Durch Bewegungen der Ladungen

(Ströme) entstehen Magnetfelder

und damit magnetische Kräfte

(Elektromagnetismus).

Die Schwerkraft (Gravitation) ist von

den Massen der wechselwirkenden

Körper abhängig.

Theorie der WechselwirkungenAlle Wechselwirkungen lassen

sich auf vier elementare Kräfte

zurückführen: Die Gravitation,

elektromagnetische Kräfte (auch

makroskopische Zusammenstöße

wie mechanische Impulse) sowie

zwei Arten von Wechselwirkungen

in Atomkernen: schwache

Wechselwirkungen (Zerfallsprozesse)

sowie starke Wechselwirkungen (z. B.

Zusammenhalt der Protonen und

Neutronen).

Systeme streben von allein

Gleichgewichtszuständen entgegen.

Tabelle 8: Konzeptentwicklung Basiskonzept Wechselwirkung




System

Wie soll sich das Verständnis des Basiskonzepts System über die Jahrgänge entwickeln?


Komponenten von Systemen

Systeme bestehen aus

verschiedenen Komponenten, die in

Wechselbeziehungen zu einander

stehen. Es gibt sehr kleine und sehr

große Systeme. Kleine Systeme sind

Teile von größeren Systemen.

Lebewesen können als Systeme

betrachtet werden. In ihnen

wirken die verschiedenen Organe

zusammen, so dass sie Bewegung,

Wahrnehmung, Stoffwechsel,

Fortpflanzung und Entwicklung

ermöglichen. Der Mensch beeinflusst

die Funktion seiner Organe durch

seine Lebensweise.

Lebewesen (Menschen, Tiere

und Pflanzen) stellen in ihren

Lebensräumen natürliche Systeme

dar. Sie bilden gemeinsam

komplexe Gefüge wechselseitiger

Abhängigkeiten.

Der Mensch ist Teil dieser Systeme,

indem er sie nutzt und verändert.

Er entwickelt und gebraucht

technische Systeme, in denen er

mechanische und magnetische

Kräfte, Druck, Temperaturdifferenzen

und Elektrizität miteinander in

Wechselwirkung bringt und in

natürliche Prozesse planend

eingreift.

Beeinflussbarkeit von SystemkomponentenDer Mensch klärt die

Zusammenhänge und

Wechselwirkungen zwischen den

Komponenten der Systeme durch

seine forschende Tätigkeit auf, um

gezielt Veränderungen zu seinem

Nutzen vorzunehmen. Daher werden

Wechselwirkungen in Systemen

isoliert gemessen, verstanden

und genutzt. Der Mensch erfindet,

baut und verbessert technische

Geräte und er verändert Stoffe und

Lebewesen, nutzt und verbreitet sie.

Damit beeinflusst er alle natürlichen

Systeme.

Beeinflussbarkeit von SystemenDer Mensch schafft selbst technische

und naturnahe Systeme, die er

für sich nutzbar macht. Damit

beeinflusst, verändert und löscht er

bereits bestehende Systeme.

Der Mensch nimmt Einfluss auf

die stofflichen und energetischen

Wechselwirkungen aller Ökosysteme

der Erde und damit auch auf seine

eigene Entwicklung. Stoffkreisläufe in

Ökosystemen setzen Energieströme

voraus. Der Mensch ist in der Lage

über die Bewahrung der natürlichen

Lebensbedingungen der Lebewesen

nachzudenken und daraus Schlüsse

für sein Handeln zu ziehen.

Funktionale, ökologische, soziale

und ökonomische Aspekten müssen

dabei als Komponenten vernetzter

Systeme berücksichtigt werden.

Diese werden zur Untersuchung

und Optimierung vereinfacht und

künstlich nach außen abgegrenzt.






Information und Kommunikation Systeme zeichnen sich durch

Informationsaustausch

(Kommunikation) aus. Tiere und

Menschen nutzen ihre Sinnesorgane,

um Informationen aufzunehmen und

um miteinander zu kommunizieren.

Menschen nutzen darüber hinaus

technische Geräte, um Informationen

zu gewinnen und auszutauschen.

Information und Kommunikation Der Mensch erschließt sich

die Welt nicht nur mit seinen

Sinneswahrnehmungen, sondern

erweitert diese durch zahlreiche

technische Systeme, mit denen er

die Welt immer genauer erforscht.

Kommunikation beruht auf der

Codierung und Dekodierung von

Signalen. Lebewesen kommunizieren

über angeborene und erworbene

Verhaltensweisen und orientieren

sich so in ihrer Umwelt. Zur

menschlichen Kommunikation

gehört die Interpretation.

Technische Kommunikation erfolgt

meist über elektromagnetische

Wechselwirkungen und Schall.

Digitale Verarbeitung macht

ein Speichern und Austauschen

unzähliger Daten und die weltweite

Steuerung von Prozessen mit

Einfluss auf alle Bereiche des Lebens

möglich.

Information und Kommunikation Moderne Kommunikationstechno-

logie schafft eigene virtuelle

Systeme, die immer enger mit den

realen Systemen verflochten werden.

Moderne Technik wird heute

in allen Bereichen digital

gesteuert und vernetzt. Auch

der Alltag der Menschen wird

durch die vielfältige Nutzung

digitaler Kommunikationstechnik

geprägt. Dies wirkt sich auf den

Ressourcenverbrauch, auf den

Energiebedarf, auf die Gesundheit

und das soziale Zusammenleben der

Menschen aus. Vor- und Nachteile

dieser Technik müssen einem

gesellschaftlichen Diskurs mit dem

Ziel des nachhaltigen Handelns

unterliegen.

Tabelle 9: Konzeptentwicklung Basiskonzept System




Struktur und Funktion

Wie soll sich das Verständnis des Basiskonzepts Struktur und Funktion über die Jahrgänge entwickeln?


MakrostrukturenBei Organen, Organismen und

technischen Geräten besteht ein

Zusammenhang zwischen der

Struktur und der Funktion, die sie

erfüllen.

Der Aufbau bzw. die Struktur

von Organen, Organismen und

technischen Geräten werden im

Laufe der Zeit an ihren jeweiligen

Funktionsbedarf angepasst.

Bestandteile von MakrostrukturenDie Bestandteile von natürlichen

und technischen Systemen erfüllen

spezifische Funktionen und wirken

zusammen.

Der Zusammenhang zwischen

Struktur und Funktion findet sich

nicht nur bei Organen, Organismen

und technischen Geräten, sondern

auch bei Zelltypen, Bakterien und

Viren.

Mikrostrukturen und komplexe SystemstrukturenDie Wechselwirkungen zwischen

Strukturen und ihren Funktionen

werden in den Naturwissenschaften

einerseits in immer kleineren

Dimensionen und andererseits in

immer komplexeren und größeren

Systemen erforscht und verändert.

Zellen sind aus verschiedenen

Kompartimenten aufgebaut,

deren Strukturen und Funktionen

zusammenhängen. Zellstrukturen

und -funktionen werden bestimmt

durch das Zusammenspiel von

Makromolekülen.

Die Struktur von Proteinen ist im

Genotyp festgelegt. Der genetische

Code wird in der Proteinbiosynthese

zu Proteinen umgesetzt. Aus den

Eigenschaften der Proteine und

Umwelteinflüssen ergibt sich der

Phänotyp.

Menschen entwickeln und

optimieren komplexe technische

Systeme mit vielfältigen

Funktionen (z. B. Verkehrssysteme,

Medizintechnik) und beeinflussen

damit natürlicher Systeme

Tabelle 10: Konzeptentwicklung Basiskonzept Struktur und Funktion




Entwicklung

Wie soll sich das Verständnis des Basiskonzepts Entwicklung über die Jahrgänge entwickeln?


Evolutive EntwicklungOrganismen verändern sich durch

evolutive Prozesse. Auch der Mensch

ist durch eine evolutive Entwicklung

entstanden. Durch künstliche

Zuchtwahl (Domestikation) entstehen

aus Wildformen Haus-/Nutztiere und

Nutzpflanzen.

Evolutive EntwicklungDie evolutive Entwicklung von

Organismen wird durch Mutationen

und Selektion vorangetrieben.

Durch ungeschlechtliche und

geschlechtliche Vermehrung wir

Erbmaterial weitergegeben und

verändert.

Im Laufe der Evolution haben

sich Prokaryoten, Einzeller,

Wirbellose und Wirbeltiere

entwickelt. Wirbellose und

Wirbeltiere unterscheiden sich

im Bau und in ihrer Vermehrung.

Evolutionsprozesse können anhand

der wechselseitigen Anpassung von

Mikroorganismen und Immunsystem

aktuell beobachtet werden. Der

Mensch kann durch medizinische

Maßnahmen hierauf Einfluss nehmen

(Entwicklung neuer Medikamente

und Impfstoffe).

Evolutive EntwicklungDie Entwicklung der Lebewesen

lässt sich durch Evolutionstheorien

erklären (Evolutionstheorie nach

Darwin). Die genetische Variabilität

der Organismen und die Weitergabe

von Erbinformationen bilden die

Basis der evolutiven Entwicklung der

Arten und damit ganzer Ökosysteme.

Die Weitergabe von Erbanlagen

unterliegt Gesetzmäßigkeiten.

Erbinformationen beruhen

auf dem genetischen Code.

In Wechselwirkung mit

Umwelteinwirkungen steuern

sie den Aufbau und die

Stoffwechselprozesse der

Organismen.






Individuelle EntwicklungLebewesen durchlaufen einen

Lebenszyklus in ständiger

Wechselwirkung mit anderen

Lebewesen und mit der Technik.

Sie können sich individuell an sich

verändernde Lebensbedingungen

anpassenund ihre Möglichkeiten

erweitern, indem sie die Errungen-

schaften der Technik nutzen.

Individuelle EntwicklungDurch verantwortungsvolle

Lebensführung (Ernährung,

Bewegung, Umgang mit Genuss-

mitteln, Vermeidung von Drogen)

kann die persönliche Entwicklung

positiv beeinflusst werden.

Individuelle EntwicklungIndividuelle Anpassungen an

die Umwelt sind nur in einem

genetisch festgelegten Rahmen

möglich. Durch Meiose entstandene

Geschlechtszellen verschmelzen

und ermöglichen die Entwicklung

neuer Individuen. Die genetischen

Informationen werden durch Mitose

von Zellgeneration zu Zellgeneration

weitergegeben und ausdifferenziert

abgelesen. Der Mensch beeinflusst

seine Fortpflanzung (hormonelle

Verhütungsmethoden) und nutzt

bei seiner Reproduktion pränatale

und postnatale Diagnostik sowie

künstliche Reproduktionstechniken.

Die Möglichkeiten der

Stammzellentherapie und moderne

Operationstechniken (Prothesen,

Organtransplantationen) können die

Lebensqualität verbessern.




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nsto

ffe u

nd S

toffg

emis

che.

Rei

nsto

ffe h

aben

ein

e ch

arak

teri

stis

che

Ko

mb

inat

ion

von

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sika

lisch

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igen

scha

ften

(u. a

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be,

Sch

mel

z- u

nd S

ied

e-

tem

per

atur

, ele

ktri

sche

Lei

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igke

it, Z

usam

men

hang

Vo

lum

en/M

asse

(Dic

hte)

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ie

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renn

ung

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offg

emis

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gen

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wer

den

kö

nnen

.

Sto

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eilc

hen-

Ko

nzep

t / M

od

ella

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t D

er A

ufb

au d

er M

ater

ie k

ann

mith

ilfe

eine

s ei

nfac

hen

Teilc

henm

od

ells

erk

lärt

wer

den

. Tei

lche

n si

nd d

ie B

aust

eine

der

M

ater

ie. D

ie T

eilc

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toffe

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t. M

isch

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emis

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en w

erd

en. D

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henm

od

ell k

ann

zur

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rach

tung

die

ser V

org

äng

e he

rang

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gen

wer

den

.

Sto

ffe u

nd S

toffe

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haft

en, O

ber

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chen

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gg

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atzu

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(Dic

hte)

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nnen

einf

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e-

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und

Wär

me-

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iter,

Kö

rper

ob

er-

fläch

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aut,

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Fe

der

n)

Che

mis

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und

p

hysi

kalis

che

Filte

r vo

n So

nnen

schu

tz-

mitt

eln

Sto

ffgem

isch

e,

Tren

nver

fahr

en v

on

Bes

tand

teile

n d

es

Bo

den

s, K

orn

grö

ße,

Ges

tein

sart

en

Näh

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ffe a

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wes

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che

Bes

tand

-te

ile d

er N

ahru

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Nic

htle

iter

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itein

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toffe

n m

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arak

teri

stis

chen

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ensc

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en n

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Sto

ffe m

it ne

uen

Eig

ensc

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en, d

ie s

ich

tech

nisc

h nu

tzen

lass

en.

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r Ver

bre

nnun

g,

„Nic

hts

geh

t ver

- lo

ren“

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sene

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haltu

ng),

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isch

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n

Sto

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ls

Wo

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leic

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hsel

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ung

en h

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sto

fflic

hen

(z. B

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der

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isch

en (z

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rakt

er.

Die

Sch

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kraf

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ravi

tatio

n) is

t für

Wec

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wir

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Kö

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h, b

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ind

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ist (

Men

sch-

Erd

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en).

Tier

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ensc

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nutz

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inne

sorg

ane,

um

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rmat

ione

n au

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ehm

en u

nd u

m

mite

inan

der

zu

kom

mun

izie

ren.

Men

sche

n nu

tzen

dar

über

hin

aus

tech

nisc

he G

erät

e, u

m

Info

rmat

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n zu

gew

inne

n un

d a

uszu

taus

chen

.

Schw

imm

en-S

chw

e-b

en-S

inke

nFl

ieg

en, H

ebel

Tem

per

atur

- re

gul

ieru

ngG

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n, L

icht

und

Sc

hatt

enW

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r un

d L

uft i

m

Bo

den

, A

dhä

sio

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Ko

häsi

on,

Err

osi

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Mus

kelk

raft

, Heb

el,

Mas

se v

s. G

ewic

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t

Stat

ik d

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flanz

enEl

ektr

om

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tism

us

System

Nat

ürlic

he u

nd te

chni

sche

Sys

tem

e b

eein

fluss

en s

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wec

hsel

seiti

g. L

ebew

esen

(Men

-sc

hen,

Tie

re u

nd P

flanz

en s

ind

dur

ch v

ielfä

ltig

e W

echs

elw

irku

ngen

auf

eina

nder

ang

e-w

iese

n. L

eben

sräu

me

(Was

ser,

Luft

, Bo

den

) ste

hen

in v

iels

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en W

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elb

ezie

hung

en

zuei

nand

er. I

n Le

bew

esen

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ken

die

ver

schi

eden

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rgan

e zu

sam

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, um

Bew

egun

g,

Wah

rneh

mun

g, S

toffw

echs

el, F

ort

pfla

nzun

g u

nd E

ntw

ickl

ung

zu

erm

ög

liche

n.

Der

Men

sch

entw

icke

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d g

ebra

ucht

tech

nisc

he S

yste

me,

in d

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er

mec

hani

sche

und

mag

netis

che

Krä

fte,

Dru

ck,

Tem

per

atur

diff

eren

zen

und

Ele

ktri

zitä

t mite

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der

in W

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irku

ng b

ring

t.Ti

ere

und

Men

sche

n nu

tzen

ihre

Sin

neso

rgan

e, u

m In

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atio

nen

aufz

uneh

men

und

um

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inan

der

zu

kom

mun

i- zi

eren

. Men

sche

n nu

tzen

dar

über

hin

aus

tech

nisc

he G

erät

e, u

m In

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atio

nen

zu g

ewin

nen

und

aus

zuta

usch

en.

Was

serk

reis

lauf

Win

d u

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ette

r, K

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erb

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ög

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stem

atik

der

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en,

Nah

rung

sbe-

zi

ehun

gen

Sonn

ensy

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Bo

den

, Erd

e, E

rdke

rnO

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eK

ennz

eich

en d

es

Leb

end

igen

, Art

en,

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aush

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Stro

mkr

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, Ele

ktro

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oto

ren,

Get

rieb

e

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Der

Auf

bau

bzw

. die

Str

uktu

r vo

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ism

en u

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hen

Syst

emen

wer

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im L

aufe

der

Zei

t an

ihre

n je

wei

ligen

Fun

ktio

nsb

edar

f ang

epas

st.

Anp

assu

ngse

r-

sche

inun

gen

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Le

ben

srau

m W

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r

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ng a

n

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ensr

aum

Luf

tK

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ero

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e, A

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pas

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ra

um, A

llens

che

Reg

el,

Ber

gm

anns

che

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Hau

t des

Men

sche

nK

örp

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au v

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e-w

esen

im B

od

enSk

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t, O

rgan

e un

d

Org

ansy

stem

eA

npas

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ser-

sc

hein

ung

en b

ei

Pflan

zen

Form

und

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ktio

n el

ektr

isch

er G

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e

Entwicklung

Ent

wic

klun

ga)

Evo

luti

ve E

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ung

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anis

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ver

änd

ern

sich

dur

ch e

volu

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Pro

zess

e. A

uch

der

M

ensc

h is

t dur

ch e

ine

evo

lutiv

e En

twic

klun

g e

ntst

and

en. D

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kü

nstli

che

Zuch

twah

l (D

om

estik

atio

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ehen

aus

Wild

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en

Hau

s-/N

utzt

iere

und

Nut

zpfla

nzen

.

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ndiv

idue

lle E

ntw

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ung

Leb

ewes

en d

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lauf

en e

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ensz

yklu

s in

stä

ndig

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el-

wir

kung

mit

and

eren

Leb

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en u

nd m

it d

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echn

ik. S

ie k

önn

en s

ich

ind

ivid

uell

an s

ich

verä

nder

nde

Leb

ensb

edin

gun

gen

anp

asse

n. D

er

Men

sch

erw

eite

rt d

iese

Mö

glic

hkei

ten,

in d

em e

r se

ine

Tech

nik

nutz

t.

c) K

ultu

relle

tech

nisc

he E

ntw

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nisc

he G

erät

e w

erd

en v

om

Men

sche

n im

Lau

fe d

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ultu

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n Ev

olu

tion

nach

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Bed

ürfn

isse

n d

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ensc

hen

wei

tere

ntw

icke

lt.

Kün

stlic

he u

nd

natü

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ewäs

ser

Pio

nier

en d

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uft-

fahr

t und

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Flu

g-

ger

äte

Do

mes

tikat

ion,

Art

-b

egri

ff, V

erm

ehru

ngSo

nnen

stan

d, J

ahre

s-ze

iten

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en im

B

od

en, E

rdze

italte

rSe

xual

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es

Men

sche

nSa

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ents

tehu

ngEn

twic

klun

g te

chni

-sc

her

Ger

äte,

G

efah

ren

und

Sch

utz

Schu

lsp

ezifi

sche

B

eso

nder

heit

en

Stic

hwo

rte

Met

hod

en,E

xper

imen

te,

Mat

eria

lien,

au

ßers

chul

isch

e Le

rno

rte

Jahr

gan

g 5

/6

SI

NU

S-SH

201

4

Nat

urw

isse

n-sc

haft

en5/

6

Min

iste

rium

für

Schu

leun

d B

eruf

sbild

ung

Was

ser

Luft

Tier

eSo

nne

Bo

den

Men

sche

nP

flanz

enM

asch

inen


Ko

ntex

teU

nter

such

ung

der

Le

ben

sbed

ing

ung

en

in e

inem

Gew

ässe

r

Luft

ist m

ehr

als

nich

ts!

Von

Wö

lfen,

Men

-sc

hen

und

Hun

den

Ges

taltu

ng e

ines

Pl

anet

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arco

urs

Leb

ensr

aum

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den

Trai

ning

wir

kt –

mei

n p

ersö

nlic

her

Fitn

ess-

p

lan

Gar

ten

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La

ndw

irts

chaf

tEl

ektr

om

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ren

–

unve

rzic

htb

ar H

elfe

r

mö

gl.

Asp

ekte

od

er:

�A

npas

sung

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sche

inun

gen

bei

Pfl

anze

n un

d T

iere

n�

Was

serq

ualit

ät�

Lich

t, Te

mp

erat

ur,

gel

öst

e G

ase

�Fl

ieg

en: A

uftr

ieb

un

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nstr

öm

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�Lu

ft s

icht

bar

ma-

chen

�H

eißl

uftb

allo

n�

Stro

hhal

me

�K

räft

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urch

Dru

ck

�A

npas

sung

en�

Do

mes

tifika

tion

�Ve

rgle

ich

W

olf

- Hun

d�

Hal

tung

�Er

nähr

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�Pl

anet

en u

nd U

m-

lauf

bah

nen

�Fi

nste

rnis

se u

nd

Phas

en�

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esze

iten

�G

alax

ien,

Ste

rne

�Eb

be

und

Flu

t

�B

od

en-U

nter

- su

chun

g�

Bo

den

leb

ewes

en�

Mik

roo

rgan

ism

en�

Sand

, Leh

m, T

on,

H

umus

�B

lutk

reis

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�A

tmun

gso

rgan

e�

Sto

ffwec

hsel

: At-

mun

g�

Mus

kela

ufb

au�

Skel

ett

�G

esun

d d

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B

eweg

ung

�W

ildp

flanz

en�

Kul

turp

flanz

en�

Nut

zpfla

nzen

�B

ewäs

seru

ng�

Näh

rsal

ze�

Bel

euch

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�Fo

tosy

nthe

se�

Art

enke

nntn

is

�Za

hnrä

der

�St

rom

leitu

ng�

Elek

tro

mag

net

�D

rehb

eweg

ung

d

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Mag

nete

�G

ener

ato

r

(Dyn

amo

)

Ko

ntex

teSa

uber

es W

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r –

unve

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htb

ares

Gut

Spaz

ierg

ang

im

Wel

trau

m!

Tier

e in

mei

ner

Näh

e un

d T

iere

in w

eite

r Fe

rne

Die

So

nne

–

wic

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ste

Stra

h-lu

ngsq

uelle

Reis

e in

das

Inne

re

der

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ePu

ber

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Wir

wer

den

er

wac

hsen

Vie

lfalt

– vo

n na

ss b

is

tro

cken

und

vo

n ka

lt b

is w

arm

In e

iner

Zei

t ohn

e M

asch

inen

: 6 S

chri

tte

zur

Erfin

dun

g d

es

Elek

tro

mo

tors

?

mö

gl.

Asp

ekte

�Re

inig

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vo

n W

asse

r�

Was

serk

reis

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�Ve

rsch

wen

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g�

Ob

erflä

chen

- sp

annu

ng�

Vir

tuel

les

Was

ser

�A

ufb

au d

er

Atm

osp

häre

�Ra

uman

züg

e:

Üb

erd

ruck

/ U

nter

-d

ruck

�A

ntri

eb d

urch

Rü

ckst

oß

�Te

mp

ertu

r�

Saue

rsto

ff un

d

Ko

hlen

sto

ffdio

xid

�Sc

halla

usb

reitu

ng

�H

eim

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e Ti

erar

ten

�A

rten

kenn

tnis

�A

npas

sung

en

(=Ü

ber

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ens-

st

rate

gie

n)�

Anp

assu

ngen

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extr

eme

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rä

ume

Üb

erle

ben

s-

küns

tler:

Tie

re in

d

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älte

(Hitz

e),

in d

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iefs

ee�

Hö

r- u

nd S

ee-

leis

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en

�Li

cht u

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chat

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�St

rahl

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sart

en�

Wir

kung

vo

n

Sonn

enst

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�G

esun

dhe

itsg

e-fä

hrd

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dur

ch

Stra

hlun

g�

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encr

eme

(che

m./

phy

. Filt

er)

�A

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au d

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e-st

eins

schi

chte

n�

Vulk

ane

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db

eben

�Te

mp

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uren

im

Erd

inne

ren

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dw

ärm

e�

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öl

�G

ebirg

e

�K

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he

emo

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le V

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änd

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gen

�W

irku

ng v

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H

orm

one

n

�K

limaz

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n�

Anp

assu

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vo

n Pfl

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limab

edin

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gen

�Pe

rman

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agne

te�

Elek

triz

ität u

nd

Mag

netis

mus

�D

rehb

eweg

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en�

Scha

lter

und

K

om

mut

ato

r

Energie

Gew

innu

ng u

nd N

utzu

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Nut

zbar

e En

erg

ie w

ird in

Kra

ftw

erke

n au

s an

der

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nerg

ietr

äger

n g

ewo

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(z. B

. El

ektr

izitä

t und

Wär

me

aus

Ko

hle,

Erd

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e, W

ind

). En

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t no

twen

dig

für

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en

und

jed

e A

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erän

der

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en. Z

ur A

ufre

chte

rhal

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vo

n B

eweg

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, zum

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alt v

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Kö

rper

wär

me

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auc

h W

achs

tum

ist d

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ufna

hme

von

Ener

gie

nö

tig. P

flanz

en n

utze

n So

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licht

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Ene

rgie

que

lle.

Ene

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tran

spo

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nd W

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el d

es E

nerg

ietr

äger

s (W

and

lung

)En

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ie k

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ges

pei

cher

t und

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erd

en. E

nerg

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den

Ene

rgie

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er (z

. B. K

ohl

e, B

eweg

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, Ele

ktri

zitä

t, W

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e,

Nah

rung

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hsel

n un

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amit

gen

utzt

wer

den

. Die

se V

org

äng

e la

ssen

sic

h in

Tra

nsp

ort

kett

en d

arst

elle

n. L

icht

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rt e

ben

falls

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ie.

Ene

rgie

bila

nzIn

pra

ktis

ch a

llen

Situ

atio

nen

wird

nur

ein

Te

il d

er e

ing

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Ene

rgie

für

den

eig

ent-

liche

n Zw

eck

gen

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.

Erhi

tzen

und

Ab

- kü

hlen

vo

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ind

kraf

tW

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ehau

shal

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bew

esen

Stra

hlun

gse

nerg

ie

der

So

nne

Prim

äre

Ener

gie

- tr

äger

Ko

hle

und

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Näh

rsto

ffe a

ls

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träg

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tosy

nthe

se a

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Wo

rtg

leic

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verl

ust

dur

ch W

ärm

e

(Lei

tung

en, R

eib

ung

)

Materie

Sto

ffe

und

Sto

ffei

gen

scha

ften

M

an u

nter

sche

idet

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nsto

ffe u

nd S

toffg

emis

che.

Rei

nsto

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aben

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teri

stis

che

Ko

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lisch

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ften

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be,

Sch

mel

z- u

nd S

ied

e-

tem

per

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, ele

ktri

sche

Lei

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igke

it, Z

usam

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hang

Vo

lum

en/M

asse

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hte)

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ie

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renn

ung

vo

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emis

chen

gen

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den

kö

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eilc

hen-

Ko

nzep

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od

ella

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t D

er A

ufb

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er M

ater

ie k

ann

mith

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nfac

hen

Teilc

henm

od

ells

erk

lärt

wer

den

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lche

n si

nd d

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der

M

ater

ie. D

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eilc

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renn

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erd

en. D

as T

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henm

od

ell k

ann

zur

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rach

tung

die

ser V

org

äng

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rang

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gen

wer

den

.

Sto

ffe u

nd S

toffe

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en, O

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chen

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nnen

einf

ache

Tei

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che

Sto

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ärm

e-

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und

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me-

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iter,

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rper

ob

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fläch

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aut,

Fell,

Fe

der

n)

Che

mis

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und

p

hysi

kalis

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n So

nnen

schu

tz-

mitt

eln

Sto

ffgem

isch

e,

Tren

nver

fahr

en v

on

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tand

teile

n d

es

Bo

den

s, K

orn

grö

ße,

Ges

tein

sart

en

Näh

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che

Bes

tand

-te

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er N

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Nic

htle

iter

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ffe k

önn

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ren.

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toffe

n m

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teri

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haft

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Sto

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it ne

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Eig

ensc

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en, d

ie s

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nisc

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geh

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- lo

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sene

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hen

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der

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isch

en (z

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rakt

er.

Die

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kraf

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ravi

tatio

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t für

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Kö

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h, b

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ind

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Erd

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ane,

um

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kom

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izie

ren.

Men

sche

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dar

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hin

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nisc

he G

erät

e, u

m

Info

rmat

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n zu

gew

inne

n un

d a

uszu

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chen

.

Schw

imm

en-S

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e-b

en-S

inke

nFl

ieg

en, H

ebel

Tem

per

atur

- re

gul

ieru

ngG

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n, L

icht

und

Sc

hatt

enW

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r un

d L

uft i

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Bo

den

, A

dhä

sio

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Ko

häsi

on,

Err

osi

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Mus

kelk

raft

, Heb

el,

Mas

se v

s. G

ewic

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t

Stat

ik d

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flanz

enEl

ektr

om

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tism

us

System

Nat

ürlic

he u

nd te

chni

sche

Sys

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hen,

Tie

re u

nd P

flanz

en s

ind

dur

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ngen

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nder

ang

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iese

n. L

eben

sräu

me

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Luft

, Bo

den

) ste

hen

in v

iels

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en W

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elb

ezie

hung

en

zuei

nand

er. I

n Le

bew

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ken

die

ver

schi

eden

en O

rgan

e zu

sam

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, um

Bew

egun

g,

Wah

rneh

mun

g, S

toffw

echs

el, F

ort

pfla

nzun

g u

nd E

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liche

n.

Der

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sch

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icke

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nisc

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me,

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mec

hani

sche

und

mag

netis

che

Krä

fte,

Dru

ck,

Tem

per

atur

diff

eren

zen

und

Ele

ktri

zitä

t mite

inan

der

in W

echs

elw

irku

ng b

ring

t.Ti

ere

und

Men

sche

n nu

tzen

ihre

Sin

neso

rgan

e, u

m In

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atio

nen

aufz

uneh

men

und

um

mite

inan

der

zu

kom

mun

i- zi

eren

. Men

sche

n nu

tzen

dar

über

hin

aus

tech

nisc

he G

erät

e, u

m In

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atio

nen

zu g

ewin

nen

und

aus

zuta

usch

en.

Was

serk

reis

lauf

Win

d u

nd W

ette

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erb

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stem

atik

der

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en,

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rung

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gen

Sonn

ensy

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Bo

den

, Erd

e, E

rdke

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eK

ennz

eich

en d

es

Leb

end

igen

, Art

en,

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serh

aush

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Stro

mkr

eise

, Ele

ktro

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oto

ren,

Get

rieb

e

Struktur und

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Der

Auf

bau

bzw

. die

Str

uktu

r vo

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ism

en u

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hen

Syst

emen

wer

den

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aufe

der

Zei

t an

ihre

n je

wei

ligen

Fun

ktio

nsb

edar

f ang

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st.

Anp

assu

ngse

r-

sche

inun

gen

an

Le

ben

srau

m W

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r

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ng a

n

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ensr

aum

Luf

tK

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ero

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e, A

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pas

sung

an

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ra

um, A

llens

che

Reg

el,

Ber

gm

anns

che

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Hau

t des

Men

sche

nK

örp

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au v

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Leb

e-w

esen

im B

od

enSk

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t, O

rgan

e un

d

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ansy

stem

eA

npas

sung

ser-

sc

hein

ung

en b

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Pflan

zen

Form

und

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ktio

n el

ektr

isch

er G

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e

Entwicklung

Ent

wic

klun

ga)

Evo

luti

ve E

ntw

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ung

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anis

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ver

änd

ern

sich

dur

ch e

volu

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Pro

zess

e. A

uch

der

M

ensc

h is

t dur

ch e

ine

evo

lutiv

e En

twic

klun

g e

ntst

and

en. D

urch

kü

nstli

che

Zuch

twah

l (D

om

estik

atio

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ehen

aus

Wild

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en

Hau

s-/N

utzt

iere

und

Nut

zpfla

nzen

.

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ndiv

idue

lle E

ntw

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Leb

ewes

en d

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lauf

en e

inen

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ensz

yklu

s in

stä

ndig

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echs

el-

wir

kung

mit

and

eren

Leb

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en u

nd m

it d

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echn

ik. S

ie k

önn

en s

ich

ind

ivid

uell

an s

ich

verä

nder

nde

Leb

ensb

edin

gun

gen

anp

asse

n. D

er

Men

sch

erw

eite

rt d

iese

Mö

glic

hkei

ten,

in d

em e

r se

ine

Tech

nik

nutz

t.

c) K

ultu

relle

tech

nisc

he E

ntw

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nisc

he G

erät

e w

erd

en v

om

Men

sche

n im

Lau

fe d

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n Ev

olu

tion

nach

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Bed

ürfn

isse

n d

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ensc

hen

wei

tere

ntw

icke

lt.

Kün

stlic

he u

nd

natü

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ewäs

ser

Pio

nier

en d

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uft-

fahr

t und

ihre

Flu

g-

ger

äte

Do

mes

tikat

ion,

Art

-b

egri

ff, V

erm

ehru

ngSo

nnen

stan

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ahre

s-ze

iten

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ewes

en im

B

od

en, E

rdze

italte

rSe

xual

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es

Men

sche

nSa

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ents

tehu

ngEn

twic

klun

g te

chni

-sc

her

Ger

äte,

G

efah

ren

und

Sch

utz

Schu

lsp

ezifi

sche

B

eso

nder

heit

en

Stic

hwo

rte

Met

hod

en,E

xper

imen

te,

Mat

eria

lien,

au

ßers

chul

isch

e Le

rno

rte

Jahr

gan

g 5

/6

SI

NU

S-SH

201

4

Poster 2

Nat

urw

isse

n-sc

haft

en7/

8

Min

iste

rium

für

Schu

leun

d B

eruf

sbild

ung

Ori

enti

eren

Kom

mun

ikat

ion

Ern

ähru

ngG

esun

dhe

itB

auen

und

W

ohn

enSt

off

eFo

rtb

eweg

enW

erkz

eug

eVorschläge zur kontextorientierten

Unterrichtsgestaltung

Ko

ntex

teU

nsic

htb

ar u

nd d

och

er

kenn

bar

Ko

mm

unik

atio

n –

„co

die

ren

und

dek

o-

die

ren“

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Zu H

ause

und

in d

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Schu

le g

esun

d e

ssen

Infe

ktio

nskr

ankh

ei-

ten

– ei

ne s

tänd

ige

Bed

rohu

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Nac

hhal

tiges

Bau

en –

g

este

rn, h

eute

und

m

org

en

Das

Sal

z –

nich

t nur

in

der

Sup

pe?

Das

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le F

ahrr

ad

für

mic

h!M

etal

le im

Allt

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vi

elfä

ltig

und

nic

ht z

u er

setz

en

mö

gl.

Asp

ekte

od

er:

�O

hr u

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chal

l �

Lup

e un

d M

ikro

s-ko

p

�N

ase

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Ger

uchs

-st

offe

�M

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enau

igke

it

�K

om

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ikat

ions

-m

od

elle

�

Sig

nalu

mw

and

lung

im

Tie

r- u

nd P

flan-

zenr

eich

�K

om

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ikat

ion

bei

m M

ensc

hen

�D

igita

le K

om

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i-ka

tion

�Sp

eise

nang

ebo

t�

Nah

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sbes

tand

-te

ile�

Bed

arf a

n

Näh

rsto

ffen

�Le

ben

smitt

elzu

- sa

tzst

offe

�U

nter

such

ung

en

(sta

tt V

ork

ost

en)

�V

iren

und

Bak

teri

en�

Ans

teck

ung

und

K

rank

heits

verl

äufe

�Im

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reak

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�Vo

rbeu

gun

g u

nd

Imp

fung

�A

ntib

iotik

a�

AID

S

�D

ämm

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�M

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n�

Wan

dau

fbau

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nste

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get

ränk

e�

Dün

ger

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och

salz

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Hal

og

ene

�N

utzu

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lich-

keite

n un

d B

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f�

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�B

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sen

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ifen

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chtu

ng�

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ehrs

sich

eres

Fa

hren

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esch

icht

e d

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Met

allg

ewin

nung

un

d -n

utzu

ng�

Eig

ensc

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en v

on

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alle

n�

Verw

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vo

n M

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len

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gie

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en�

Ko

rro

sio

nssc

hutz

Ko

ntex

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rien

tieru

ng im

Ti

erre

ich

– b

esse

r al

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er M

ensc

h!

Uns

ere

Zuku

nft:

Die

to

tal v

erne

tzte

Wel

t?Fi

t dur

ch g

esun

de

Ernä

hrun

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chtv

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lten

bei

m

Men

sche

nM

ensc

hen

und

um

-w

eltf

reun

dlic

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Bau

en im

21.

Jhd

t.

Echt

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end

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uren

und

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gen

Für

das

Fah

rrad

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wei

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Mei

n al

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Ro

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eruc

hs- u

nd

Sehl

eist

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bei

Ti

eren

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npas

sung

ser-

sc

hein

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en�

Ori

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im

Raum

bei

Men

sch

und

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r

�Re

ise

eine

r SM

S�

Dig

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Net

zwer

ke�

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Lo

gis

tik

von

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röm

en

�Er

nähr

ung

sge-

wo

hnhe

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�B

eweg

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sge-

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�En

erg

ieb

edar

f�

Esss

töru

ngen

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uche

n�

Alk

oho

l�

and

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Dro

gen

�G

esun

dhe

itsg

efah

ren

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-Sp

iele

�

Such

tpo

tent

ial

�U

mg

ang

mit

der

Su

cht

�Zu

sam

men

leb

en

und

Wo

hnen

im

21. J

ahrh

und

ert

�St

atik

und

Äst

hetik

�B

aum

ater

ialie

n-

Pro

duk

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-W

irku

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Recy

clin

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�La

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geb

äck

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uren

in d

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Nah

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�Re

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rgle

ich

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spo

rtsy

stem

en�

Nac

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tigke

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ansp

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�M

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le in

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ktri

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hen

Ger

äten

�Se

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Erd

en�

Her

kunf

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G

ewin

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der

M

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le�

Funk

tione

n�

Recy

clin

g

Energie

Gew

innu

ng u

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utzu

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Der

Wec

hsel

auf

den

Ene

rgie

träg

er E

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rizi

tät

ges

chie

ht m

eist

üb

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ärm

e, B

eweg

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od

er

Sto

ffum

wan

dlu

ng. E

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he In

duk

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spie

lt d

abei

ei

ne w

icht

ige

Rolle

.El

ektr

izitä

t und

Wär

me

sind

im A

lltag

wic

htig

e En

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ietr

äger

. Alle

Leb

ewes

en s

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ie

um, i

ndem

sie

Str

uktu

ren

aufb

auen

, Ene

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in

che

mis

chen

Ver

bin

dun

gen

sp

eich

ern,

ihre

K

örp

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mp

erat

ur h

alte

n un

d s

ich

bew

egen

.

Ene

rgie

tran

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echs

el d

es E

nerg

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äger

s (W

and

lung

Der

Tra

nsp

ort

vo

n En

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ie u

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echs

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es E

nerg

ietr

äger

s g

esch

ehen

auf

ver

schi

eden

e A

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. Str

ahlu

ng, W

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elei

tung

, A

d- u

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onv

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n un

d e

lekt

risc

her

Stro

m s

ind

typ

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e Tr

ansp

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mec

hani

smen

, die

sic

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ptim

iere

n la

ssen

. Lag

e,

(mec

hani

sche

) Sp

annu

ng u

nd m

agne

tisch

e un

d e

lekt

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he F

eld

er

(z. B

. Lic

ht) u

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sin

d w

eite

re E

nerg

ietr

äger

.

Ene

rgie

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nzD

ie g

esam

te E

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iem

eng

e in

ein

em (i

dea

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ges

chlo

ssen

en S

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m b

leib

t er

halte

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d k

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erd

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nnen

qua

ntita

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Vorh

ersa

gen

üb

er d

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Erg

ebni

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esse

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etro

ffen

wer

den

, ohn

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im D

etai

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rach

ten.

Es

reic

ht a

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Anf

ang

s- u

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ndzu

stan

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iere

n (1

. Hau

pts

atz

der

The

rmod

ynam

ik).

Ges

chlo

ssen

e Sy

stem

e la

ssen

sic

h in

der

Pra

xis

nur a

nnäh

ern,

es

find

et im

mer

Ene

rgie

entw

ertu

ng s

tatt,

bei

der

Ene

rgie

dem

Sys

tem

ver

lore

n g

eht.

Der

Ene

rgie

geh

alt e

ines

Sys

tem

s än

der

t sic

h ab

er a

uch

gew

ollt

dur

ch A

usta

usch

mit

der

Um

geb

ung

(z. B

. in

chem

isch

e Re

aktio

nen)

.

Ener

get

isch

e A

nre-

gun

g d

er S

inne

sor-

gan

e (L

icht

, Sch

all,

Wär

me,

Bew

egun

g)

Elek

tris

che

und

m

agne

tisch

e Fe

lder

, el

. Ind

uktio

n

Gru

ndum

satz

, Le

istu

ngsu

msa

tz,

Bre

nnw

ert

Bew

egun

g d

urch

M

uske

lnW

ärm

etra

nsp

ort

e:

Ad

vekt

ion,

Wär

me-

le

itung

, Wär

mes

trah

-lu

ng, E

nerg

ieen

twer

-tu

ng

Ener

gie

bei

m

Erw

ärm

en, e

ndo

ther

-m

e un

d e

xoth

erm

e Re

aktio

nen

Bew

egun

gse

nerg

ie,

Lag

eene

rgie

, gle

ich-

förm

ige

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egun

g,

Ener

gie

erha

ltung

, En

erg

ieen

twer

tung

Mec

hani

sche

Ene

r-g

ie, E

nerg

ieb

edar

f fü

r M

etal

lgew

innu

ng

und

Ver

arb

eitu

ng

Materie

Sto

ffe

und

Sto

ffei

gen

scha

ften

M

an u

nter

sche

idet

Rei

nsto

ffe, d

ie s

ich

auch

dur

ch c

hem

isch

e Ve

rfah

ren

nich

t wei

ter

tren

nen

lass

en (E

lem

ente

) vo

n Re

inst

offe

n d

ie s

ich

dur

ch c

hem

isch

e Ve

rfah

ren

in

vers

chie

den

e B

esta

ndte

ile tr

enne

n la

ssen

(che

mis

chen

Ver

bin

dun

gen

). El

emen

tare

St

offe

bes

tehe

n au

s ei

ner

einz

igen

Ato

mar

t. Ve

rbin

dun

gen

bes

tehe

n au

s Ve

rbän

den

ve

rsch

ied

ener

Ato

me.

A

us w

enig

en E

lem

ente

n ka

nn d

ie V

ielfa

lt an

che

mis

chen

Ver

bin

dun

gen

ent

steh

en.

Sto

ff-T

eilc

hen-

Ko

nzep

t / M

od

ella

rbei

t D

as e

infa

che

Teilc

henm

od

ell w

ird d

urch

die

qua

ntita

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Bet

rach

tung

che

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cher

Rea

ktio

nen

zu e

iner

ein

fach

en

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mvo

rste

llung

erw

eite

rt (A

tom

mo

del

l nac

h D

alto

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ie k

lein

sten

Tei

lche

n ne

nnt m

an A

tom

e; A

tom

e ei

nes

Elem

ents

sin

d u

nter

eina

nder

gle

ich.

Sie

unt

ersc

heid

en s

ich

von

den

Ato

men

ein

es a

nder

en E

lem

ents

auf

gru

nd

ihre

r M

asse

. Ato

me

üben

Krä

fte

aufe

inan

der

aus

.. C

hem

isch

e Re

aktio

n kö

nnen

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Neu

org

anis

atio

n vo

n Te

ilche

n b

esch

rieb

en w

erd

en. B

ei c

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isch

en R

eakt

ione

n g

ehen

Ato

me

nich

t ver

lore

n un

d w

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en n

icht

neu

ges

chaf

fen.

Eig

ensc

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en

op

tisch

er L

inse

nSt

offe

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Sch

alltr

ä-g

er, E

last

izitä

t vo

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emb

rane

n

Näh

rsto

ffe, M

iner

alie

n un

d V

itam

ine

(Bau

stei

n-

Eben

e), W

irkun

g v

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Säur

en u

nd B

asen

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ei d

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auun

g

(pH

-Wer

t),Ko

nser

vier

en,

saur

e Le

ben

smitt

el,

Dro

gen

, Gew

innu

ng

und

Fun

ktio

n vo

n A

ntib

iotik

a (b

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Mas

se, D

icht

e, B

au-

sto

ffe, E

lem

ente

und

ch

emis

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Verb

in-

dun

gen

, Wär

mel

eit-

fähi

gke

it, U

-Wer

t, Li

chtd

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läss

igke

it D

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n-A

tom

mo

del

l

saur

e un

d a

lkal

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e Lö

sung

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alze

Eig

ensc

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en v

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Met

alle

n un

d a

n-d

eren

Mat

eria

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(Gum

mi,

Kun

stst

offe

) b

ei F

ahrz

eug

en

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, Nic

htm

e-ta

lle, G

eset

ze: E

r-ha

ltung

der

Mas

se

und

der

ko

nsta

nten

M

asse

nver

hältn

isse

, el

. Lei

tfäh

igke

it, R

e-

cycl

ing

vo

n M

etal

len

Chem. Reaktion

Die

Ent

wic

klun

g n

euer

che

mis

cher

Sto

ffe (P

rod

ukte

) erm

ög

licht

die

Ent

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klun

g im

mer

ko

mp

lexe

rer

tech

nisc

her

Ger

äte.

Neu

e St

offe

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Pro

duk

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-ver

fahr

en lö

sen

aus

Grü

nden

der

Effi

zien

z äl

tere

ab

. Ro

hsto

ffe (A

usg

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s-st

offe

, Ed

ukte

) sin

d a

ber

lim

itier

t. St

offv

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der

ung

en w

erd

en a

uf a

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arer

Eb

ene

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Neu

ord

nung

en v

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-m

en b

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änd

en e

rklä

rt.

Die

Rea

ktio

nsfä

hig

keit

von

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isch

en E

lem

ente

n is

t unt

ersc

hied

lich.

Der

Sto

ffwec

hsel

vo

n Le

bew

esen

ber

uht d

arau

f, d

ass

stän

dig

Sto

ffe a

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bg

ebau

t wer

den

. Die

s w

ird in

der

Re

gel

enz

ymat

isch

ges

teue

rt.

Funk

tion

von

En

zym

en a

ls

Kat

alys

ato

r

Exo

- und

end

oth

erm

e Re

aktio

nen,

Bau

sto

ffe

(Kal

kkre

isla

uf, Z

emen

t)

Bre

nnb

arke

it, R

eakt

i-o

nsg

leic

hung

enK

orr

osi

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Che

mis

chen

Re

aktio

n (q

uant

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), O

xid

bild

ung

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Mec

hani

sche

Wec

hsel

wir

kung

en (m

echa

nisc

he Im

pul

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org

en fü

r B

eweg

ung

sänd

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gen

, Ver

- fo

rmun

gen

und

Tem

per

atur

änd

erun

gen

. Ele

ktr.u

nd m

agn.

Krä

fte

und

Fel

der

ber

uhen

auf

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ung

en.

Die

se s

ind

in R

uhe

elek

tro

stat

isch

.

Dur

ch B

eweg

ung

en d

er L

adun

gen

(Str

öm

e) e

ntst

ehen

Mag

netf

eld

er u

nd d

amit

mag

netis

che

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fte

(E

lekt

rom

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tism

us).

Die

Sch

wer

kraf

t (G

ravi

tatio

n) h

äng

t vo

n d

en M

asse

n d

er w

echs

elw

irke

nden

K

örp

er a

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Wah

rneh

mun

g u

nd

Vera

rbei

tung

vo

n U

mw

eltr

eize

n

elek

tris

che

und

m

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tisch

e K

räft

eG

leic

hgew

icht

m

echa

nisc

her

Krä

fte

(Sta

tik)

Geg

eben

enfa

lls

Elek

tro

lyse

mec

hani

sche

Krä

fte

Heb

el, L

adun

gen

System

Allg

emei

nD

er M

ensc

h kl

ärt d

ie Z

usam

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häng

e un

d W

echs

elw

irku

ngen

zw

isch

en d

en K

om

po

-ne

nten

der

Sys

tem

e d

urch

sei

ne fo

rsch

end

e Tä

tigke

it au

f, um

gez

ielt

Verä

nder

ung

en

zu s

eine

n N

utze

n vo

rzun

ehm

en. D

aher

wer

den

Wec

hsel

wir

kung

en in

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en is

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rt

gem

esse

n, v

erst

and

en u

nd g

enut

zt. D

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ensc

h er

find

et, b

aut u

nd v

erb

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rt te

chni

-sc

he G

erät

e un

d e

r ve

ränd

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toffe

und

Leb

ewes

en, n

utzt

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ver

bre

itet s

ie. D

amit

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einfl

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er

alle

nat

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hen

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eme.

Info

rmat

ion

und

Ko

mm

unik

atio

n D

er M

ensc

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schl

ießt

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ie W

elt n

icht

nur

mit

sein

en S

inne

swah

rneh

mun

gen

so

nder

n er

wei

tert

die

se d

urch

zah

l-re

iche

tech

nisc

he S

yste

me,

mit

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en e

r d

ie W

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mm

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enau

er e

rfo

rsch

t. K

om

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ikat

ion

ber

uht a

uf d

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od

ieru

ng u

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eko

die

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vo

n Si

gna

len.

Leb

ewes

en k

om

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izie

ren

über

ang

e-b

ore

ne u

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rwo

rben

e Ve

rhal

tens

wei

sen

und

ori

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ren

sich

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in ih

rer

Um

wel

t. Zu

r m

ensc

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hen

Ko

mm

unik

atio

n g

ehö

rt d

ie In

terp

reta

tion.

Tec

hnis

che

Ko

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atio

n er

folg

t mei

st ü

ber

ele

ktro

mag

netis

che

Wec

hsel

wir

kung

en u

nd

Scha

ll. D

igita

le V

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bei

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mac

ht e

in S

pei

cher

n un

d A

usta

usch

en u

nzäh

liger

Dat

en u

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ie w

eltw

eite

Ste

ueru

ng

von

Pro

zess

en m

it Ei

nflus

s au

f alle

Ber

eich

e d

es L

eben

s m

ög

lich.

Sinn

eso

rgan

e,

Ner

vens

yste

m,

Reiz

leitu

ng,

Stra

hlen

op

tik

Stro

mkr

eise

, Ko

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u-

nika

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mo

del

le,

dig

itale

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enve

r-

arb

eitu

ng

Verd

auun

gsp

roze

sse

Imm

unsy

stem

, Vire

n un

d B

akte

rien

, Ein

zel-

ler,

ges

und

e Le

ben

s-fü

hrun

g, A

IDS,

HIV

Geb

äud

e, H

eizu

ngs-

anla

gen

, Str

om

krei

se,

Sto

ffe u

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igen

-sc

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en, S

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mat

ikZu

sam

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spie

l te

chn.

Bau

teile

(An-

trie

b, Ü

ber

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ung

, B

rem

sen

des

Fah

rrad

s)

Peri

od

ensy

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Struktur und

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Die

Bes

tand

teile

vo

n na

türl

iche

n un

d te

chni

sche

n Sy

stem

en e

rfül

len

spez

ifisc

he F

unkt

ione

n un

d w

irke

n zu

sam

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. Der

Zus

amm

enha

ng z

wis

chen

Str

uktu

r un

d F

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ion

find

et s

ich

nich

t nur

bei

O

rgan

en, O

rgan

ism

en u

nd te

chni

sche

n G

erät

en, s

ond

ern

auch

bei

Zel

ltyp

en, B

akte

rien

und

Vire

n.Li

chtm

ikro

sko

pis

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Zello

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elle

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hr, M

ikro

fon,

La

utsp

rech

erVe

rdau

ung

sorg

ane

Schl

üsse

l-Sch

loss

- Pr

inzi

p, V

iren,

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rien

Bau

elem

ente

, Sta

tik

(Dre

ieck

e, R

öhr

en,

T-Tr

äger

)

Rahm

enb

au (F

ahr-

rad

), la

ngsa

me

und

sc

hnel

le M

usku

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r

Wer

kzeu

gst

rukt

ur

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a) E

volu

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Ent

wic

klun

gD

ie e

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Entw

ickl

ung

vo

n O

rgan

ism

en w

ird d

urch

Mut

atio

nen

und

Sel

ektio

n vo

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etri

eben

.D

urch

ung

esch

lech

tlich

e un

d g

esch

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tlich

e Ve

rmeh

rung

wir

Erb

mat

eria

l wei

terg

egeb

en u

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der

t.Im

Lau

fe d

er E

volu

tion

hab

en s

ich

Pro

kary

ote

n, E

inze

ller,

Wir

bel

lose

und

Wir

bel

tiere

ent

wic

kelt.

Wir

bel

lose

und

W

irb

eltie

re u

nter

sche

iden

sic

h im

Bau

und

in ih

rer V

erm

ehru

ng. E

volu

tions

pro

zess

e kö

nnen

anh

and

der

wec

h-se

lsei

tigen

Anp

assu

ng v

on

Mik

roo

rgan

ism

en u

nd Im

mun

syst

em a

ktue

ll b

eob

acht

et w

erd

en. D

er M

ensc

h ka

nn

dur

ch m

ediz

inis

che

Maß

nahm

en h

iera

uf E

influ

ss n

ehm

en (E

ntw

ickl

ung

neu

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edik

amen

te u

nd Im

pfs

toffe

).

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ndiv

idue

lle E

ntw

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Dur

ch v

eran

two

rtun

gsv

olle

Le-

ben

sfüh

rung

(Ern

ähru

ng, B

ewe-

g

ung

, Um

gan

g m

it G

enus

s-m

ittel

n un

d D

rog

en) k

ann

die

p

ersö

nlic

he E

ntw

ickl

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po

sitiv

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eein

fluss

t wer

den

.

c) K

ultu

relle

tech

nisc

he E

ntw

ickl

ung

Der

Men

sch

entw

icke

lt te

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sche

Sys

tem

e fü

r al

le L

e-b

ensb

erei

che

(Ern

ähru

ng, K

leid

ung

, Wo

hnun

g, M

ob

ilitä

t, K

om

mun

ikat

ion)

. Er

nutz

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ür re

gio

nale

Res

sour

cen

und

na

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iche

Bed

ing

ung

en, u

m s

eine

Bed

ürfn

isse

zu

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rie-

dig

en. M

od

erne

Tec

hnik

erm

ög

licht

ein

e zu

nehm

end

e En

tko

pp

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vo

n d

en re

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edin

gun

gen

und

den

G

rund

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es M

ensc

hen.

Unt

erst

ützu

ng d

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Sinn

eso

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e (B

rille

, M

ikro

sko

p,…

)

Spra

chen

twic

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gVe

rdau

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svo

rgän

ge,

Nah

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sbes

tand

teile

Ges

chic

hte

der

Im

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olo

gie

, M

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von

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akte

rien

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Vire

n

Bau

wer

ke fr

üher

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he

ute

Funk

tions

klei

dun

gEn

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klun

g d

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Fort

bew

egun

gsm

ittel

Met

alle

in d

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Kul

turg

esch

icht

e

Schu

lsp

ezifi

sche

B

eso

nder

heit

en

Stic

hwo

rte

Met

hod

en, E

xper

imen

te,

Mat

eria

lien,

auß

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schu

lisch

e Le

rno

rte,

B

ildun

gsp

artn

er

Jahr

gan

g 7

/8

SI

NU

S-SH

201

4

Hel

mut

Krü

ckel

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ELI

OH

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etsc

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ELI

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l/PI

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LIO

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Ibefi

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/PIX

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OSu

Bea

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XE

LIO

Gis

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Pete

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XE

LIO

Nat

urw

isse

n-sc

haft

en7/

8

Min

iste

rium

für

Schu

leun

d B

eruf

sbild

ung

Ori

enti

eren

Kom

mun

ikat

ion

Ern

ähru

ngG

esun

dhe

itB

auen

und

W

ohn

enSt

off

eFo

rtb

eweg

enW

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eug

e


Ko

ntex

teU

nsic

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ar u

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och

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kenn

bar

Ko

mm

unik

atio

n –

„co

die

ren

und

dek

o-

die

ren“

.

Zu H

ause

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in d

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Schu

le g

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ssen

Infe

ktio

nskr

ankh

ei-

ten

– ei

ne s

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ige

Bed

rohu

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Nac

hhal

tiges

Bau

en –

g

este

rn, h

eute

und

m

org

en

Das

Sal

z –

nich

t nur

in

der

Sup

pe?

Das

idea

le F

ahrr

ad

für

mic

h!M

etal

le im

Allt

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vi

elfä

ltig

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nic

ht z

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setz

en

mö

gl.

Asp

ekte

od

er:

�O

hr u

nd S

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l �

Lup

e un

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s-ko

p

�N

ase

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Ger

uchs

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offe

�M

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enau

igke

it

�K

om

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ikat

ions

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od

elle

�

Sig

nalu

mw

and

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im

Tie

r- u

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flan-

zenr

eich

�K

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bei

m M

ensc

hen

�D

igita

le K

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i-ka

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�Sp

eise

nang

ebo

t�

Nah

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sbes

tand

-te

ile�

Bed

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n

Näh

rsto

ffen

�Le

ben

smitt

elzu

- sa

tzst

offe

�U

nter

such

ung

en

(sta

tt V

ork

ost

en)

�V

iren

und

Bak

teri

en�

Ans

teck

ung

und

K

rank

heits

verl

äufe

�Im

mun

reak

tion

�Vo

rbeu

gun

g u

nd

Imp

fung

�A

ntib

iotik

a�

AID

S

�D

ämm

ung

�M

ater

ialie

n�

Wan

dau

fbau

�Fe

nste

r

�Sp

ort

get

ränk

e�

Dün

ger

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salz

�

Hal

og

ene

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utzu

ngsm

ög

lich-

keite

n un

d B

edar

f�

Scha

ltung

�B

rem

sen

�Ra

hmen

�Re

ifen

�B

eleu

chtu

ng�

Verk

ehrs

sich

eres

Fa

hren

�G

esch

icht

e d

er

Met

allg

ewin

nung

un

d -n

utzu

ng�

Eig

ensc

haft

en v

on

Met

alle

n�

Verw

end

ung

vo

n M

etal

len

�Le

gie

rung

en�

Ko

rro

sio

nssc

hutz

Ko

ntex

teO

rien

tieru

ng im

Ti

erre

ich

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esse

r al

s d

er M

ensc

h!

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ere

Zuku

nft:

Die

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tal v

erne

tzte

Wel

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t dur

ch g

esun

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Ernä

hrun

gSu

chtv

erha

lten

bei

m

Men

sche

nM

ensc

hen

und

um

-w

eltf

reun

dlic

hes

Bau

en im

21.

Jhd

t.

Echt

ätz

end

? Sä

uren

und

Lau

gen

Für

das

Fah

rrad

zu

wei

t – w

as d

ann?

Mei

n al

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Han

dy:

Ro

hsto

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olle

Met

alle

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mö

gl.

A

spek

te�

Hö

r-. G

eruc

hs- u

nd

Sehl

eist

ung

bei

Ti

eren

als

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npas

sung

ser-

sc

hein

ung

en�

Ori

entie

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im

Raum

bei

Men

sch

und

Tie

r

�Re

ise

eine

r SM

S�

Dig

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Net

zwer

ke�

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Lo

gis

tik

von

War

enst

röm

en

�Er

nähr

ung

sge-

wo

hnhe

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�B

eweg

ung

sge-

wo

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�En

erg

ieb

edar

f�

Esss

töru

ngen

�Ra

uche

n�

Alk

oho

l�

and

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Dro

gen

�G

esun

dhe

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efah

ren

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iele

�

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tpo

tent

ial

�U

mg

ang

mit

der

Su

cht

�Zu

sam

men

leb

en

und

Wo

hnen

im

21. J

ahrh

und

ert

�St

atik

und

Äst

hetik

�B

aum

ater

ialie

n-

Pro

duk

tion

-W

irku

ng-

Recy

clin

g

�La

ugen

geb

äck

�Sä

uren

in d

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Nah

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�Re

inig

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�Ve

rgle

ich

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Tran

spo

rtsy

stem

en�

Nac

hhal

tigke

it vo

n Tr

ansp

ort

syst

emen

�M

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le in

ele

ktri

-sc

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Ger

äten

�Se

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Erd

en�

Her

kunf

t und

G

ewin

nung

der

M

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le�

Funk

tione

n�

Recy

clin

g

Energie

Gew

innu

ng u

nd N

utzu

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Der

Wec

hsel

auf

den

Ene

rgie

träg

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lekt

rizi

tät

ges

chie

ht m

eist

üb

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ärm

e, B

eweg

ung

od

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Sto

ffum

wan

dlu

ng. E

lekt

risc

he In

duk

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spie

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abei

ei

ne w

icht

ige

Rolle

.El

ektr

izitä

t und

Wär

me

sind

im A

lltag

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htig

e En

erg

ietr

äger

. Alle

Leb

ewes

en s

etze

n En

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ie

um, i

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sie

Str

uktu

ren

aufb

auen

, Ene

rgie

in

che

mis

chen

Ver

bin

dun

gen

sp

eich

ern,

ihre

K

örp

erte

mp

erat

ur h

alte

n un

d s

ich

bew

egen

.

Ene

rgie

tran

spo

rt u

nd W

echs

el d

es E

nerg

ietr

äger

s (W

and

lung

Der

Tra

nsp

ort

vo

n En

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ie u

nd d

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echs

el d

es E

nerg

ietr

äger

s g

esch

ehen

auf

ver

schi

eden

e A

rten

. Str

ahlu

ng, W

ärm

elei

tung

, A

d- u

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onv

ektio

n un

d e

lekt

risc

her

Stro

m s

ind

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isch

e Tr

ansp

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mec

hani

smen

, die

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h o

ptim

iere

n la

ssen

. Lag

e,

(mec

hani

sche

) Sp

annu

ng u

nd m

agne

tisch

e un

d e

lekt

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he F

eld

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(z. B

. Lic

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nd S

toffe

sin

d w

eite

re E

nerg

ietr

äger

.

Ene

rgie

bila

nzD

ie g

esam

te E

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eng

e in

ein

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len)

ges

chlo

ssen

en S

yste

m b

leib

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halte

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d k

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rt w

erd

en. S

o kö

nnen

qua

ntita

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Vorh

ersa

gen

üb

er d

ie

Erg

ebni

sse

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esse

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etro

ffen

wer

den

, ohn

e d

iese

im D

etai

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bet

rach

ten.

Es

reic

ht a

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ie E

nerg

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Anf

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s- u

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ndzu

stan

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u b

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n (1

. Hau

pts

atz

der

The

rmod

ynam

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Ges

chlo

ssen

e Sy

stem

e la

ssen

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xis

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nnäh

ern,

es

find

et im

mer

Ene

rgie

entw

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bei

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dem

Sys

tem

ver

lore

n g

eht.

Der

Ene

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geh

alt e

ines

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s än

der

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uch

gew

ollt

dur

ch A

usta

usch

mit

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Um

geb

ung

(z. B

. in

chem

isch

e Re

aktio

nen)

.

Ener

get

isch

e A

nre-

gun

g d

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inne

sor-

gan

e (L

icht

, Sch

all,

Wär

me,

Bew

egun

g)

Elek

tris

che

und

m

agne

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e Fe

lder

, el

. Ind

uktio

n

Gru

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satz

, Le

istu

ngsu

msa

tz,

Bre

nnw

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egun

g d

urch

M

uske

lnW

ärm

etra

nsp

ort

e:

Ad

vekt

ion,

Wär

me-

le

itung

, Wär

mes

trah

-lu

ng, E

nerg

ieen

twer

-tu

ng

Ener

gie

bei

m

Erw

ärm

en, e

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ther

-m

e un

d e

xoth

erm

e Re

aktio

nen

Bew

egun

gse

nerg

ie,

Lag

eene

rgie

, gle

ich-

förm

ige

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g,

Ener

gie

erha

ltung

, En

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ieen

twer

tung

Mec

hani

sche

Ene

r-g

ie, E

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ieb

edar

f fü

r M

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innu

ng

und

Ver

arb

eitu

ng

Materie

Sto

ffe

und

Sto

ffei

gen

scha

ften

M

an u

nter

sche

idet

Rei

nsto

ffe, d

ie s

ich

auch

dur

ch c

hem

isch

e Ve

rfah

ren

nich

t wei

ter

tren

nen

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en (E

lem

ente

) vo

n Re

inst

offe

n d

ie s

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dur

ch c

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rfah

ren

in

vers

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den

e B

esta

ndte

ile tr

enne

n la

ssen

(che

mis

chen

Ver

bin

dun

gen

). El

emen

tare

St

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bes

tehe

n au

s ei

ner

einz

igen

Ato

mar

t. Ve

rbin

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gen

bes

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s Ve

rbän

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rsch

ied

ener

Ato

me.

A

us w

enig

en E

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ente

n ka

nn d

ie V

ielfa

lt an

che

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chen

Ver

bin

dun

gen

ent

steh

en.

Sto

ff-T

eilc

hen-

Ko

nzep

t / M

od

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rbei

t D

as e

infa

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Teilc

henm

od

ell w

ird d

urch

die

qua

ntita

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Bet

rach

tung

che

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cher

Rea

ktio

nen

zu e

iner

ein

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en

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mvo

rste

llung

erw

eite

rt (A

tom

mo

del

l nac

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alto

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ie k

lein

sten

Tei

lche

n ne

nnt m

an A

tom

e; A

tom

e ei

nes

Elem

ents

sin

d u

nter

eina

nder

gle

ich.

Sie

unt

ersc

heid

en s

ich

von

den

Ato

men

ein

es a

nder

en E

lem

ents

auf

gru

nd

ihre

r M

asse

. Ato

me

üben

Krä

fte

aufe

inan

der

aus

.. C

hem

isch

e Re

aktio

n kö

nnen

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Neu

org

anis

atio

n vo

n Te

ilche

n b

esch

rieb

en w

erd

en. B

ei c

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en R

eakt

ione

n g

ehen

Ato

me

nich

t ver

lore

n un

d w

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en n

icht

neu

ges

chaf

fen.

Eig

ensc

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en

op

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inse

nSt

offe

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Sch

alltr

ä-g

er, E

last

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t vo

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emb

rane

n

Näh

rsto

ffe, M

iner

alie

n un

d V

itam

ine

(Bau

stei

n-

Eben

e), W

irkun

g v

on

Säur

en u

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asen

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ei d

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erd

auun

g

(pH

-Wer

t),Ko

nser

vier

en,

saur

e Le

ben

smitt

el,

Dro

gen

, Gew

innu

ng

und

Fun

ktio

n vo

n A

ntib

iotik

a (b

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Mas

se, D

icht

e, B

au-

sto

ffe, E

lem

ente

und

ch

emis

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in-

dun

gen

, Wär

mel

eit-

fähi

gke

it, U

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t, Li

chtd

urch

läss

igke

it D

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n-A

tom

mo

del

l

saur

e un

d a

lkal

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e Lö

sung

en, S

alze

Eig

ensc

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en v

on

Met

alle

n un

d a

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eren

Mat

eria

lien

(Gum

mi,

Kun

stst

offe

) b

ei F

ahrz

eug

en

Met

alle

, Nic

htm

e-ta

lle, G

eset

ze: E

r-ha

ltung

der

Mas

se

und

der

ko

nsta

nten

M

asse

nver

hältn

isse

, el

. Lei

tfäh

igke

it, R

e-

cycl

ing

vo

n M

etal

len

Chem. Reaktion

Die

Ent

wic

klun

g n

euer

che

mis

cher

Sto

ffe (P

rod

ukte

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ög

licht

die

Ent

wic

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g im

mer

ko

mp

lexe

rer

tech

nisc

her

Ger

äte.

Neu

e St

offe

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Pro

duk

tions

-ver

fahr

en lö

sen

aus

Grü

nden

der

Effi

zien

z äl

tere

ab

. Ro

hsto

ffe (A

usg

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s-st

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, Ed

ukte

) sin

d a

ber

lim

itier

t. St

offv

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der

ung

en w

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en a

uf a

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arer

Eb

ene

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Neu

ord

nung

en v

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Ato

-m

en b

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änd

en e

rklä

rt.

Die

Rea

ktio

nsfä

hig

keit

von

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isch

en E

lem

ente

n is

t unt

ersc

hied

lich.

Der

Sto

ffwec

hsel

vo

n Le

bew

esen

ber

uht d

arau

f, d

ass

stän

dig

Sto

ffe a

uf- u

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bg

ebau

t wer

den

. Die

s w

ird in

der

Re

gel

enz

ymat

isch

ges

teue

rt.

Funk

tion

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En

zym

en a

ls

Kat

alys

ato

r

Exo

- und

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oth

erm

e Re

aktio

nen,

Bau

sto

ffe

(Kal

kkre

isla

uf, Z

emen

t)

Bre

nnb

arke

it, R

eakt

i-o

nsg

leic

hung

enK

orr

osi

on

Che

mis

chen

Re

aktio

n (q

uant

itativ

), O

xid

bild

ung

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Mec

hani

sche

Wec

hsel

wir

kung

en (m

echa

nisc

he Im

pul

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org

en fü

r B

eweg

ung

sänd

erun

gen

, Ver

- fo

rmun

gen

und

Tem

per

atur

änd

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gen

. Ele

ktr.u

nd m

agn.

Krä

fte

und

Fel

der

ber

uhen

auf

Lad

ung

en.

Die

se s

ind

in R

uhe

elek

tro

stat

isch

.

Dur

ch B

eweg

ung

en d

er L

adun

gen

(Str

öm

e) e

ntst

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Mag

netf

eld

er u

nd d

amit

mag

netis

che

Krä

fte

(E

lekt

rom

agne

tism

us).

Die

Sch

wer

kraf

t (G

ravi

tatio

n) h

äng

t vo

n d

en M

asse

n d

er w

echs

elw

irke

nden

K

örp

er a

b..

Wah

rneh

mun

g u

nd

Vera

rbei

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vo

n U

mw

eltr

eize

n

elek

tris

che

und

m

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tisch

e K

räft

eG

leic

hgew

icht

m

echa

nisc

her

Krä

fte

(Sta

tik)

Geg

eben

enfa

lls

Elek

tro

lyse

mec

hani

sche

Krä

fte

Heb

el, L

adun

gen

System

Allg

emei

nD

er M

ensc

h kl

ärt d

ie Z

usam

men

häng

e un

d W

echs

elw

irku

ngen

zw

isch

en d

en K

om

po

-ne

nten

der

Sys

tem

e d

urch

sei

ne fo

rsch

end

e Tä

tigke

it au

f, um

gez

ielt

Verä

nder

ung

en

zu s

eine

n N

utze

n vo

rzun

ehm

en. D

aher

wer

den

Wec

hsel

wir

kung

en in

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en is

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rt

gem

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n, v

erst

and

en u

nd g

enut

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er M

ensc

h er

find

et, b

aut u

nd v

erb

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rt te

chni

-sc

he G

erät

e un

d e

r ve

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toffe

und

Leb

ewes

en, n

utzt

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ver

bre

itet s

ie. D

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einfl

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er

alle

nat

ürlic

hen

Syst

eme.

Info

rmat

ion

und

Ko

mm

unik

atio

n D

er M

ensc

h er

schl

ießt

sic

h d

ie W

elt n

icht

nur

mit

sein

en S

inne

swah

rneh

mun

gen

so

nder

n er

wei

tert

die

se d

urch

zah

l-re

iche

tech

nisc

he S

yste

me,

mit

den

en e

r d

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mm

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enau

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rfo

rsch

t. K

om

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ikat

ion

ber

uht a

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od

ieru

ng u

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eko

die

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vo

n Si

gna

len.

Leb

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en k

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izie

ren

über

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e-b

ore

ne u

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rwo

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e Ve

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tens

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sen

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ori

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ren

sich

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in ih

rer

Um

wel

t. Zu

r m

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Ko

mm

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ehö

rt d

ie In

terp

reta

tion.

Tec

hnis

che

Ko

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n er

folg

t mei

st ü

ber

ele

ktro

mag

netis

che

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wir

kung

en u

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Scha

ll. D

igita

le V

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bei

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mac

ht e

in S

pei

cher

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usta

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en u

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liger

Dat

en u

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eite

Ste

ueru

ng

von

Pro

zess

en m

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nflus

s au

f alle

Ber

eich

e d

es L

eben

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ög

lich.

Sinn

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rgan

e,

Ner

vens

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Reiz

leitu

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Stra

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op

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Stro

mkr

eise

, Ko

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mo

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le,

dig

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Dat

enve

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arb

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ng

Verd

auun

gsp

roze

sse

Imm

unsy

stem

, Vire

n un

d B

akte

rien

, Ein

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ler,

ges

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e Le

ben

s-fü

hrun

g, A

IDS,

HIV

Geb

äud

e, H

eizu

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anla

gen

, Str

om

krei

se,

Sto

ffe u

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igen

-sc

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mat

ikZu

sam

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spie

l te

chn.

Bau

teile

(An-

trie

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ber

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ung

, B

rem

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des

Fah

rrad

s)

Peri

od

ensy

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Struktur und

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Die

Bes

tand

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n na

türl

iche

n un

d te

chni

sche

n Sy

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en e

rfül

len

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ifisc

he F

unkt

ione

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irke

n zu

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. Der

Zus

amm

enha

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wis

chen

Str

uktu

r un

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ion

find

et s

ich

nich

t nur

bei

O

rgan

en, O

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ism

en u

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chni

sche

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erät

en, s

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ern

auch

bei

Zel

ltyp

en, B

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rien

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Vire

n.Li

chtm

ikro

sko

pis

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Zello

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elle

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hr, M

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fon,

La

utsp

rech

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rdau

ung

sorg

ane

Schl

üsse

l-Sch

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- Pr

inzi

p, V

iren,

B

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rien

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elem

ente

, Sta

tik

(Dre

ieck

e, R

öhr

en,

T-Tr

äger

)

Rahm

enb

au (F

ahr-

rad

), la

ngsa

me

und

sc

hnel

le M

usku

latu

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kzeu

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wic

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volu

tive

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en w

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Mut

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nen

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n vo

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eben

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urch

ung

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lech

tlich

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lech

tlich

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mat

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egeb

en u

nd v

erän

der

t.Im

Lau

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volu

tion

hab

en s

ich

Pro

kary

ote

n, E

inze

ller,

Wir

bel

lose

und

Wir

bel

tiere

ent

wic

kelt.

Wir

bel

lose

und

W

irb

eltie

re u

nter

sche

iden

sic

h im

Bau

und

in ih

rer V

erm

ehru

ng. E

volu

tions

pro

zess

e kö

nnen

anh

and

der

wec

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lsei

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ism

en u

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mun

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en. D

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dur

ch m

ediz

inis

che

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nahm

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iera

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influ

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ickl

ung

neu

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pfs

toffe

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lle E

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ickl

ung

Dur

ch v

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gsv

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Le-

ben

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rung

(Ern

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ng, B

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g

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, Um

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s-m

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rog

en) k

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b

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.

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nisc

he E

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icke

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chni

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erei

che

(Ern

ähru

ng, K

leid

ung

, Wo

hnun

g, M

ob

ilitä

t, K

om

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. Er

nutz

t daf

ür re

gio

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cen

und

na

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iche

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ing

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en, u

m s

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isse

zu

bef

rie-

dig

en. M

od

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Tec

hnik

erm

ög

licht

ein

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nehm

end

e En

tko

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vo

n d

en re

gio

nale

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edin

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gen

und

den

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n d

es M

ensc

hen.

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ikro

sko

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chen

twic

klun

gVe

rdau

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svo

rgän

ge,

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sbes

tand

teile

Ges

chic

hte

der

Im

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olo

gie

, M

utat

ion

von

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akte

rien

und

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n

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wer

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üher

und

he

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Funk

tions

klei

dun

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twic

klun

g d

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bew

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gsm

ittel

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turg

esch

icht

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Schu

lsp

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sche

B

eso

nder

heit

en

Stic

hwo

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Met

hod

en, E

xper

imen

te,

Mat

eria

lien,

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schu

lisch

e Le

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B

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Mik

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sche

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me

Ene

rgie

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erei

tste

llung

un

d N

utzu

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Mo

bili

tät:

V

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ittel

un

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yste

me

Ver

tief

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ilnah

me

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ben

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B. J

ugen

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t, Zu

kunf

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wis

sens

chaf

tlich

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M

ensc

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im

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Vera

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liche

r

Um

gan

g m

it

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t

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in d

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elt

der

Sto

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ne W

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olle

r

Kun

stst

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Bla

cko

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tro

mau

s-fa

ll in

Eur

op

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wie

le

ben

wir

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ehrs

syst

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hysi

k

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gl.

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ekte

od

er:

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icht

ige

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stem

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spek

trum

, St

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t�

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ring

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rhüt

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s-

met

hod

en�

Het

ero

- und

Ho

mo

-se

xual

ität

�Sc

hwan

ger

scha

fts-

abb

ruch

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�W

erb

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twic

klun

g d

es

PSE

�A

tom

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del

le�

Die

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t des

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tom

aren

�Sy

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atik

der

St

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�B

ind

ung

en

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ohl

enst

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bin

dun

gen

�Po

lym

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hem

ie�

Nan

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echn

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gie

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üll,

Recy

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g,

Tren

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�Ve

rbun

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och

leis

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s-

pro

duk

te

�K

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wer

ksty

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�Re

gio

nale

und

lo

kale

Ver

sorg

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�Re

gen

erat

ive

En

erg

ien

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rom

netz

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Spei

cher

ung

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ben

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e St

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�Ve

rbre

nnun

gs-

m

oto

ren

und

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�H

ybri

d-F

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eug

e�

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ob

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t�

Bre

nnst

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elle

n-

tech

nik

�K

ohl

enst

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ioxi

d-

Bila

nz�

Verk

ehrs

teue

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�M

obili

tät u

. Leb

enss

til

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ie Z

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NA

- B

ioni

k

- Ze

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- Ev

olu

tion

- Le

ben

s-

räum

e

- W

ald

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irt-

scha

ft

- Ve

rhal

ten

- D

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urie

r

- vi

rtue

lles

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ser

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ifte

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ohl

en-

sto

ffdio

xid

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reis

lauf

- A

tom

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od

ell

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st

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asch

en

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üng

er

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unst

sto

ffe

- B

renn

sto

ffe

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lze

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le

- Fe

uerw

erk

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inig

ung

s-

mitt

el

- La

ugen

- g

ebäc

k

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ieg

en

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gel

n

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dio

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tivitä

t

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cht u

nd

Farb

en

- Fa

hrze

uge

- M

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ren

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ptis

che

Ger

äte

- H

ybird

- A

ntri

ebe

- En

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ie-

rück

ge-

w

innu

ng

Ko

ntex

teÖ

kosy

stem

uns

erer

R

egio

n –

müs

sen

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w

as tu

n?

Eing

riffe

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ie B

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es M

ensc

hen

– C

hanc

en u

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isik

en

Nan

ote

chno

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ie:

Cha

ncen

und

Ris

iken

Mül

l als

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s-

chan

ceEn

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iew

end

e –

was

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edeu

tet d

as?

Dig

ital g

este

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e W

aren

strö

me

mö

gl.

A

spek

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Hei

mis

che

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sys-

tem

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nnen

und

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ters

uche

n�

Unt

ersu

chun

gs-

m

etho

den

�A

rten

kenn

tnis

�Sc

hutz

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nahm

en

�G

enom

des

Men

sche

n�

Mut

atio

n�

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kran

khei

ten

�O

rgan

spen

de

�Re

prod

uktio

nsm

edizi

n�

Gen

tech

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�St

amm

zelle

n

�N

ano

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nolo

gie

in

Allt

agsp

rod

ukte

n�

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�Ra

ster

sond

en-

mik

rosk

op

�G

esun

dhe

itlic

he

Ris

iken

�B

esta

ndte

ile v

on M

üll

�M

ülltr

ennu

ng�

Mül

lver

mei

dun

g�

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lver

wer

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�En

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ieb

ilanz

�K

erne

nerg

ie�

Foss

ile Q

uelle

n�

Reg

ener

ativ

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uelle

n�

Ener

gie

men

gen

er-

fa

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u. a

usw

erte

n�

Eins

par

mö

glic

h-

keite

n

�W

aren

pro

duk

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�G

lob

aler

und

reg

io-

nale

Pro

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�Tr

ansp

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mitt

el

und

-weg

e

Energie

Gew

innu

ng u

nd N

utzu

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Nut

zbar

e En

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ie k

ann

aus

ersc

höp

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en u

nd re

gen

erat

iven

Que

llen

gew

onn

en w

erd

en. D

ie d

amit

verb

und

enen

Ene

rgie

träg

erw

echs

el in

den

K

raft

wer

ken

hab

en u

nter

schi

edlic

he E

ffizi

enz.

Die

Mö

glic

hkei

t, En

erg

ie z

u sp

eich

ern,

ist e

ine

gro

ße H

erau

sfo

rder

ung

. Bed

eutu

ng u

nd A

usw

irku

ng d

er

Gew

innu

ng u

nd N

utzu

ng s

pie

len

in ö

kono

mis

chen

, ges

ells

chaf

tlich

en u

nd

po

litis

chen

Zus

amm

enhä

ngen

ein

e w

icht

ige

Rolle

(z. B

. Ker

nene

rgie

). En

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etis

che

Ersc

hein

ung

en b

ei c

hem

isch

en R

eakt

ione

n kö

nnen

auf

d

en W

echs

el e

ines

Tei

ls d

er in

Sto

ffen

ges

pei

cher

ten

Ener

gie

auf

and

ere

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gie

träg

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urüc

kgef

ührt

wer

den

.

Ene

rgie

tran

spo

rt u

nd W

echs

el d

es E

nerg

ietr

äger

s (W

and

lung

)D

er E

nerg

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ansp

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erf

olg

t vo

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lein

imm

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o, d

ass

Tem

per

atur

-, H

öhe

n-,

Ko

nzen

trat

ions

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esch

win

dig

keits

- und

el.

Span

nung

sunt

ersc

hied

e ab

geb

aut

wer

den

. Die

Ent

rop

ie n

imm

t zu.

Ene

rgie

tran

spo

rt g

esch

ieht

auc

h d

urch

el

ektr

om

agne

tisch

e W

elle

n.

Um

Ene

rgie

an

eine

r St

elle

zu

nutz

en, m

uss

an a

nder

er S

telle

ein

em E

nerg

ie-

träg

er E

nerg

ie a

bg

eno

mm

en w

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en (E

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rom

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r, Ve

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nnun

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r, N

utzu

ng v

on

Bat

teri

en).

Wei

tere

Ene

rgie

träg

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ind

che

mis

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Bin

dun

gen

und

Ato

mke

rne

(Nuk

lear

e En

erg

ie).

Ene

rgie

bila

nzB

ei a

llen

natü

rlic

hen

Vorg

äng

en, a

n d

enen

th

erm

isch

e Pr

oze

sse

bet

eilig

t sin

d, fi

ndet

En

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ieen

twer

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sta

tt. D

iese

kan

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rallg

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eine

rt w

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en a

uf e

ine

Zuna

hme

der

En

tro

pie

(2. H

aup

tsat

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er T

herm

od

ynam

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Ein

„per

pet

uum

mo

bile

“ is

t nic

ht m

ög

lich.

Ü

ber

mat

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che

Bes

chre

ibun

gen

(F

orm

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kö

nnen

Ene

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men

gen

qua

nti-

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en.

Ass

imila

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issi

mila

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bei

Le

bew

esen

, Fo

tosy

thes

e

Ener

gie

in

chem

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dun

gen

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gen

: In

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ole

kula

re K

räft

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ind

ung

in M

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küle

n /

Elek

tro

nenp

aarb

in-

dun

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Kohl

enw

asse

rsto

ffe,

nukl

eare

, reg

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e En

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ien,

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ovol

taik

A

kkum

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, Bat

te-

rien,

Bre

nnst

offz

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Mo

tore

nVe

rtie

fung

und

Wie

der

holu

ng

Materie

Sto

ffe

und

Sto

ffei

gen

scha

ften

U

nter

schi

edlic

he S

toffe

igen

scha

ften

und

Sto

ffum

-b

ildun

gen

kö

nnen

mith

ilfe

eine

s d

iffer

enzi

erte

n A

tom

mo

del

ls e

rklä

rt w

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en. A

us d

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ng e

ines

El

emen

ts im

Per

iod

ensy

stem

der

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men

te k

önn

en

Eig

ensc

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en a

uf d

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toffl

iche

n Eb

ene

abg

elei

tet

wer

den

. Ein

ige

Sto

ffe s

end

en r

adio

aktiv

e St

rahl

en a

us.

Sto

ff-T

eilc

hen-

Ko

nzep

t / M

od

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rbei

t A

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e b

este

hen

aus

eine

m A

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kern

und

ein

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lekt

rone

nhül

le u

nd

sind

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Ele

men

tart

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hen

(Pro

tone

n, N

eutr

one

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n) a

ufg

e-b

aut (

Ker

n-H

ülle

-Mo

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h Ru

ther

ford

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ernb

aust

eine

und

rad

ioak

-tiv

e St

rahl

ung

: Rad

ioak

tive

Sto

ffe s

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en S

trah

len

aus.

Per

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ensy

s-te

m d

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lem

ente

Die

Ato

mhü

lle w

eist

ein

e St

rukt

ur a

uf (B

ohr

sche

s A

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. Ene

rgie

stuf

enm

od

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Auf

gru

nd d

es A

ufb

aus

der

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tom

hülle

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en s

ich

die

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te s

yste

mat

isch

in

das

Per

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ensy

s-te

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ente

PSE

ein

ord

nen.

Bin

dun

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od

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: D

urch

die

Bild

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vo

n Io

nen

ents

tehe

n g

elad

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Teilc

hen,

die

sic

h an

zieh

en.

Die

Ione

n ha

ben

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gle

iche

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ktro

nena

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–ve

rtei

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in d

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chal

en/

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gie

stuf

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del

gas

ato

me.

Dur

ch g

emei

nsam

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utzt

e El

ektr

one

n-

paa

re (E

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npaa

rbin

dun

gen

) zw

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en A

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en e

ntst

ehen

Mo

lekü

le.

In M

ole

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n ka

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an je

dem

Ato

m s

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iele

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ktro

nen

zure

chne

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Edel

gas

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der

selb

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de

des

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wie

das

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reffe

nde

Ato

m s

teht

.

Ko

hlen

sto

ffkre

isla

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vors

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ng

(Ker

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ülle

-,Sch

alen

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iest

ufen

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del

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mar

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, Is

oto

pe,

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, Io

nen,

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neng

itter

Säur

en u

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asen

, sa

ure

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alk

alis

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Lösu

ngen

, Sal

ze,

Kun

stst

offe

Ko

hlen

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sers

toffe

, W

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rsto

ffVe

rtie

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und

Wie

der

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Chem. Reaktion

Bei

der

Ent

wic

klun

g k

om

ple

xer

tech

nisc

her

Bau

teile

wer

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Ro

hsto

ffe v

erw

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et, d

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miti

ert u

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amit

teue

r si

nd. N

eben

dem

nac

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tigen

Um

gan

g m

it d

iese

n St

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n is

t die

Ent

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klun

g v

on

neue

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n un

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hren

, die

Res

sour

cen

scho

nen

und

Rec

yclin

g e

rmö

glic

hen,

vo

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roße

r B

edeu

tung

. B

ei c

hem

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en R

eakt

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n w

erd

en B

ind

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en z

wis

chen

Ato

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her

ges

tellt

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. get

renn

t. D

urch

Ab

-g

abe

od

er A

ufna

hme

von

Elek

tro

nen

ents

tehe

n Io

nen,

die

sic

h an

zieh

en b

zw. a

bst

oße

n. D

urch

gem

ein-

sam

ben

utzt

e, b

ind

end

e El

ektr

one

npaa

re e

ntst

ehen

Mo

lekü

le.

Zwis

chen

Mo

lekü

len

wir

ken

unte

rsch

ied

liche

inte

rmo

leku

lare

Krä

fte

(van

-der

-Waa

ls-K

räft

e,

Dip

ol-D

ipo

l-Krä

fte

od

er W

asse

rsto

ffbrü

cken

). D

as D

ona

tor-

Akz

epto

r-Pr

inzi

p fi

ndet

sic

h ni

cht n

ur b

ei

chem

isch

en R

eakt

ione

n, b

ei d

enen

Ele

ktro

nen

von

eine

m R

eakt

ions

par

tner

(Do

nato

r) a

uf d

en a

nder

en

Reak

tions

par

tner

(Akz

epto

r) ü

ber

trag

en w

erd

en (R

edo

xrea

ktio

nen)

, so

nder

n au

ch b

ei c

hem

isch

en

Reak

tione

n, b

ei d

enen

Pro

tone

n vo

n ei

nem

Pro

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ndo

nato

r (=

Säu

re) a

uf e

inen

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nakz

epto

r

(= B

ase)

üb

ertr

agen

wer

den

(Pro

toly

se-R

eakt

ione

n).

Do

nato

r, A

kzep

tor,

Reak

tions

gle

ichu

ng,

Red

ox-

Reak

tione

n (E

lekt

rone

nübe

rtrag

ung)

Säur

e-B

ase-

Reak

tio-

nen

Ko

hlen

was

ser-

sto

ffe u

nd A

lkan

ole

, Sy

nthe

se, A

naly

se

Verb

renn

ung

, Re

do

xrea

ktio

nVe

rbre

nnun

g,

Red

oxr

eakt

ion

Vert

iefu

ng u

nd W

ied

erho

lung

Wechsel- wirkungen

Alle

Wec

hsel

wirk

ung

en la

ssen

sic

h au

f vie

r ele

men

tare

Krä

fte z

urüc

kfüh

ren:

Die

Gra

vita

tion,

ele

ktro

mag

- ne

tisch

e K

räft

e (a

uch

mak

rosk

op

isch

e Zu

sam

men

stö

ße) s

ow

ie z

wei

Art

en v

on

Wec

hsel

wir

kung

en in

A

tom

kern

en: s

chw

ache

Wec

hsel

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ung

en (Z

erfa

llsp

roze

sse)

sow

ie s

tark

e W

echs

elw

irkun

gen

(z. B

. Zu-

sa

mm

enha

lt d

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roto

nen

und

Neu

tron

en).

Syst

eme

stre

ben

von

alle

in G

leic

hgew

icht

szus

tänd

en e

ntg

egen

.

Ko

hlen

sto

ff-C

hem

ieLa

dun

gen

, sta

rke

und

sc

hwac

he K

ernk

raft

Ker

nkrä

fte,

Ind

uktio

nM

echa

nisc

he S

töße

, Im

pul

serh

altu

ng

(Unf

älle

)

Vert

iefu

ng u

nd W

ied

erho

lung

System

Allg

emei

nD

er M

ensc

h sc

hafft

sel

bst

tech

nisc

he u

nd n

atur

nahe

Sys

tem

e, d

ie e

r fü

r si

ch n

utzb

ar m

acht

. Dam

it b

e-ei

nflus

st, v

erän

der

t und

lösc

ht e

r b

erei

ts b

este

hend

e Sy

stem

e. D

er M

ensc

h ni

mm

t Ein

fluss

auf

die

sto

ff-

liche

n un

d e

nerg

etis

chen

Wec

hsel

wir

kung

en a

ller

Öko

syst

eme

der

Erd

e un

d d

amit

auch

auf

sei

ne

eig

ene

Entw

ickl

ung

. Sto

ffkre

islä

ufe

in Ö

kosy

stem

en s

etze

n En

erg

iest

röm

e vo

raus

. D

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ensc

h is

t in

der

La

ge

über

die

Bew

ahru

ng d

er n

atür

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ben

sbed

ing

ung

en d

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ebew

esen

nac

hzud

enke

n un

d d

a-ra

us S

chlü

sse

für

sein

Han

del

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zie

hen.

Fun

ktio

nale

, öko

log

isch

e, s

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ale

und

öko

nom

isch

e A

spek

ten

müs

sen

dab

ei a

ls K

om

po

nent

en v

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tzte

r Sy

stem

e b

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ksic

htig

t wer

den

. Die

se w

erd

en z

ur U

nter

- su

chun

g u

nd O

ptim

ieru

ng v

erei

nfac

ht u

nd k

ünst

lich

nach

auß

en a

bg

egre

nzt.

Info

rmat

ion

und

Ko

mm

unik

atio

n M

od

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Ko

mm

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atio

nste

chno

log

ie s

chaf

ft e

igen

e vi

rtue

lle S

yste

me,

die

imm

er e

nger

mit

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re

alen

Sys

tem

en v

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chte

n w

erd

en.

Mo

der

ne T

echn

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ird h

eute

in a

llen

Ber

eich

en d

igita

l ges

teue

rt u

nd v

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tzt.

Und

auc

h d

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lltag

der

M

ensc

hen

wird

dur

ch d

ie v

ielfä

ltig

e N

utzu

ng d

igita

ler

Ko

mm

unik

atio

nste

chni

k g

eprä

gt.

Die

s w

irkt

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h au

f den

Res

sour

cenv

erb

rauc

h, a

uf d

en E

nerg

ieb

edar

f, au

f die

Ges

und

heit

und

das

so

zial

e Zu

sam

men

-le

ben

der

Men

sche

n au

s. V

or-

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Nac

htei

le d

iese

r Tec

hnik

müs

sen

eine

m g

esel

lsch

aftli

chen

Dis

kurs

m

it d

em Z

iel d

es n

achh

altig

en H

and

elns

unt

erlie

gen

.

bio

tisch

e un

d

abio

tisch

e Fa

kto

ren,

Ö

kosy

stem

e

Ho

rmo

nsys

tem

, Se

xual

kund

ePr

od

uktio

nske

tten

, N

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keits

- d

reie

ck

Kra

ftw

erke

, Ene

rgie

-ve

rso

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g, B

renn

-st

offz

elle

, offe

ne u

nd

ges

chlo

ssen

e Sy

stem

e

Tran

spo

rtm

ittel

, Ve

rkeh

rssy

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eVe

rtie

fung

und

Wie

der

holu

ng

Struktur und

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Wec

hsel

wir

kung

en z

wis

chen

Str

uktu

ren

und

ihre

n Fu

nktio

nen

wer

den

in d

en N

atur

wis

sens

chaf

ten

eine

rsei

ts in

imm

er k

lein

eren

Dim

ensi

one

n un

d a

nder

erse

its in

imm

er k

om

ple

xere

n un

d g

röße

ren

Sy

stem

en e

rfo

rsch

t und

ver

änd

ert.

Zelle

n si

nd a

us v

ersc

hied

enen

Ko

mp

artim

ente

n au

fgeb

aut,

der

en

Stru

ktur

en u

nd F

unkt

ione

n zu

sam

men

häng

en. Z

ells

truk

ture

n un

d –

funk

tione

n w

erd

en b

estim

mt d

urch

d

as Z

usam

men

spie

l vo

n M

akro

mo

lekü

len.

Die

Str

uktu

r vo

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ote

inen

ist i

m G

eno

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fest

gel

egt.

Der

gen

etis

che

Co

de

wird

in d

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rote

inb

io-

synt

hese

zu

Pro

tein

en u

mg

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zt. A

us d

en E

igen

scha

ften

der

Pro

tein

e un

d u

nter

Um

wel

tein

flüss

en e

r-g

ibt s

ich

der

Phä

noty

p. M

ensc

hen

entw

icke

ln u

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ptim

iere

n ko

mp

lexe

tech

nisc

he S

yste

me

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fälti

ger

Fu

nktio

nen

(z. B

. Ver

kehr

ssys

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e, M

ediz

inte

chni

k) u

nd b

eein

fluss

en d

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natü

rlic

her

Syst

eme.

Zusa

mm

enha

ng

Gen

oty

p u

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p

Enzy

me

(sym

bo

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gen

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ften

ne

uer

Sto

ffeW

irku

ngsg

rad

vo

n K

raft

wer

ken

Fahr

zeug

bau

Vert

iefu

ng u

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ied

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Entwicklung

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volu

tive

Ent

wic

klun

gD

ie E

ntw

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ung

der

Leb

ewes

en lä

sst s

ich

dur

ch

Evo

lutio

nsth

eori

en e

rklä

ren

(Evo

lutio

nsth

eori

e na

ch

Dar

win

). D

ie g

enet

isch

e Va

riab

ilitä

t der

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anis

men

un

d d

ie W

eite

rgab

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n Er

bin

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nen

bild

en d

ie

Bas

is d

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tiven

Ent

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klun

g d

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rten

und

dam

it g

anze

r Ö

kosy

stem

e D

ie W

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rgab

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ban

lag

en

unte

rlie

gt G

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zmäß

igke

iten.

Erb

info

rmat

ione

n b

e-ru

hen

auf d

em g

enet

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en C

od

e. In

Wec

hsel

wir

kung

m

it U

mw

elte

inw

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ngen

ste

uern

sie

den

Auf

bau

und

d

ie S

toffw

echs

elp

roze

sse

der

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.

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ndiv

idue

lle E

ntw

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ung

Ind

ivid

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Anp

assu

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an

die

Um

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t sin

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ur in

ein

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enet

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fest

gel

egte

n Ra

hmen

m

ög

lich.

Dur

ch M

eio

se e

ntst

and

enen

Ges

chle

chts

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n ve

rsch

mel

zen

und

erm

ög

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n d

ie

Entw

ickl

ung

neu

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div

idue

n. D

ie g

enet

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en In

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nen

wer

den

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itose

vo

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ll-g

ener

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Zel

lgen

erat

ion

wei

terg

egeb

en u

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usd

iffer

enzi

ert a

bg

eles

en. B

eim

Men

sche

n g

ibt e

s H

eter

ose

xual

ität u

nd H

om

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ität.

Der

Men

sch

bee

influ

sst s

eine

Fo

rtp

flanz

ung

(h

orm

one

lle V

erhü

tung

smet

hod

en) u

nd n

utzt

bei

sei

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Rep

rod

uktio

n p

räna

tale

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po

st-

nata

le D

iag

nost

ik s

ow

ie k

ünst

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Rep

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nste

chni

ken.

Die

Mö

glic

hkei

ten

der

Sta

mm

- ze

llent

hera

pie

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mo

der

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Op

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ions

tech

nike

n (P

roth

esen

, Org

antr

ansp

lant

atio

nen)

kö

nnen

die

Leb

ensq

ualit

ät v

erb

esse

rn.

c) K

ultu

relle

tech

nisc

he E

ntw

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ung

Dur

ch F

ors

chun

g e

rwo

rben

e Ke

nntn

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üb

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toffe

igen

- sc

hafte

n, c

hem

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e, p

hysi

kalis

che

und

bio

log

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e Pr

o-

zess

e w

erd

en fü

r die

gez

ielte

Wei

tere

ntw

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ung

der

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h-ni

k g

enut

zt. D

er M

ensc

h un

ters

ucht

, bew

erte

t und

op

ti-m

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lauf

end

die

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nisc

he E

ntw

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im H

inb

lick

auf

Effiz

ienz

und

Nut

zbar

keit.

Bei

sei

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ultu

relle

n un

d te

ch-

nisc

hen

Entw

ickl

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mus

s d

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ensc

h si

ch a

n d

en P

rinzi

-p

ien

eine

r nac

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tigen

Ent

wic

klun

g (B

NE)

orie

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ren,

um

ei

ne z

uneh

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de

Entk

op

plu

ng v

on

sein

en G

rund

bed

ürf-

niss

en u

nd s

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r reg

iona

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Bin

dun

g z

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rmei

den

.Ev

olu

tions

theo

rie

nach

Dar

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Ho

rmo

nsys

tem

, Se

xual

kund

eG

esch

icht

e un

d

Üb

ersi

cht d

er

Ato

mm

od

elle

Entw

ickl

ung

neu

er

Sto

ffeEf

fizie

nter

Ein

satz

vo

n En

erg

ie, Z

ukun

ftss

ze-

nari

en

Ges

chic

hte

der

Ve

rkeh

rsm

ittel

Vert

iefu

ng u

nd W

ied

erho

lung

Schu

lsp

ezifi

sche

B

eso

nder

heit

en

Stic

hwo

rte

Met

hod

en, E

xper

imen

te,

Mat

eria

lien,

auß

er-

schu

lisch

e Le

rno

rte

Jahr

gan

g 9

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wic

klun

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chni

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Ene

rgie

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erei

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llung

un

d N

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Mo

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V

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ittel

un

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yste

me

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ung

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me

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ben

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B. J

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at. P

rofil

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erst

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atur

wis

sens

chaf

tlich

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roje

kte


Ko

ntex

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ie R

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des

M

ensc

hen

im

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rde

Vera

ntw

ort

liche

r

Um

gan

g m

it

Sexu

alitä

t

Ord

nung

in d

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elt

der

Sto

ffeEi

ne W

elt v

olle

r

Kun

stst

offe

Bla

cko

ut: S

tro

mau

s-fa

ll in

Eur

op

a –

wie

le

ben

wir

?

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ehrs

syst

em d

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hem

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k

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ekte

od

er:

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icht

ige

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stem

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trum

, St

offk

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tivitä

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e

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limat

e

Eng

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s-

met

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en�

Het

ero

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mo

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ität

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hwan

ger

scha

fts-

abb

ruch

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rerb

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�W

erb

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�En

twic

klun

g d

es

PSE

�A

tom

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del

le�

Die

Wel

t des

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aren

�Sy

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atik

der

St

offe

�B

ind

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en

�K

ohl

enst

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bin

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�Po

lym

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ie�

Nan

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echn

olo

gie

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üll,

Recy

clin

g,

Tren

nung

�Ve

rbun

dst

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�H

och

leis

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s-

pro

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te

�K

raft

wer

ksty

pen

�Re

gio

nale

und

lo

kale

Ver

sorg

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�Re

gen

erat

ive

En

erg

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�St

rom

netz

e�

Che

m.

Spei

cher

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�Le

ben

ohn

e St

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�Ve

rbre

nnun

gs-

m

oto

ren

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Erd

öl

�H

ybri

d-F

ahrz

eug

e�

E-M

ob

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t�

Bre

nnst

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elle

n-

tech

nik

�K

ohl

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ioxi

d-

Bila

nz�

Verk

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teue

rung

�M

obili

tät u

. Leb

enss

til

- D

ie Z

elle

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NA

- B

ioni

k

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llatm

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- Ev

olu

tion

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ben

s-

räum

e

- W

ald

- La

ndw

irt-

scha

ft

- Ve

rhal

ten

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irn

- Sa

urie

r

- vi

rtue

lles

Was

ser

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ifte

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ohl

en-

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ffdio

xid

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reis

lauf

- A

tom

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od

ell

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st

- W

asch

en

- D

üng

er

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ffe

- B

renn

sto

ffe

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lze

- M

etal

le

- Fe

uerw

erk

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inig

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s-

mitt

el

- La

ugen

- g

ebäc

k

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ieg

en

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gel

n

- Ra

dio

- ak

tivitä

t

- Li

cht u

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Farb

en

- Fa

hrze

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ren

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ptis

che

Ger

äte

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ybird

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ebe

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ie-

rück

ge-

w

innu

ng

Ko

ntex

teÖ

kosy

stem

uns

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R

egio

n –

müs

sen

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w

as tu

n?

Eing

riffe

in d

ie B

iolo

-g

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es M

ensc

hen

– C

hanc

en u

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isik

en

Nan

ote

chno

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ie:

Cha

ncen

und

Ris

iken

Mül

l als

Zuk

unft

s-

chan

ceEn

erg

iew

end

e –

was

b

edeu

tet d

as?

Dig

ital g

este

uert

e W

aren

strö

me

mö

gl.

A

spek

te�

Hei

mis

che

Öko

sys-

tem

e ke

nnen

und

un

ters

uche

n�

Unt

ersu

chun

gs-

m

etho

den

�A

rten

kenn

tnis

�Sc

hutz

maß

nahm

en

�G

enom

des

Men

sche

n�

Mut

atio

n�

Erb

kran

khei

ten

�O

rgan

spen

de

�Re

prod

uktio

nsm

edizi

n�

Gen

tech

nik

�St

amm

zelle

n

�N

ano

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nolo

gie

in

Allt

agsp

rod

ukte

n�

Funk

tion

�Ra

ster

sond

en-

mik

rosk

op

�G

esun

dhe

itlic

he

Ris

iken

�B

esta

ndte

ile v

on M

üll

�M

ülltr

ennu

ng�

Mül

lver

mei

dun

g�

Mül

lver

wer

tung

�En

erg

ieb

ilanz

�K

erne

nerg

ie�

Foss

ile Q

uelle

n�

Reg

ener

ativ

e Q

uelle

n�

Ener

gie

men

gen

er-

fa

ssen

u. a

usw

erte

n�

Eins

par

mö

glic

h-

keite

n

�W

aren

pro

duk

tion

�G

lob

aler

und

reg

io-

nale

Pro

duk

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�Tr

ansp

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mitt

el

und

-weg

e

Energie

Gew

innu

ng u

nd N

utzu

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Nut

zbar

e En

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ie k

ann

aus

ersc

höp

fbar

en u

nd re

gen

erat

iven

Que

llen

gew

onn

en w

erd

en. D

ie d

amit

verb

und

enen

Ene

rgie

träg

erw

echs

el in

den

K

raft

wer

ken

hab

en u

nter

schi

edlic

he E

ffizi

enz.

Die

Mö

glic

hkei

t, En

erg

ie z

u sp

eich

ern,

ist e

ine

gro

ße H

erau

sfo

rder

ung

. Bed

eutu

ng u

nd A

usw

irku

ng d

er

Gew

innu

ng u

nd N

utzu

ng s

pie

len

in ö

kono

mis

chen

, ges

ells

chaf

tlich

en u

nd

po

litis

chen

Zus

amm

enhä

ngen

ein

e w

icht

ige

Rolle

(z. B

. Ker

nene

rgie

). En

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etis

che

Ersc

hein

ung

en b

ei c

hem

isch

en R

eakt

ione

n kö

nnen

auf

d

en W

echs

el e

ines

Tei

ls d

er in

Sto

ffen

ges

pei

cher

ten

Ener

gie

auf

and

ere

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gie

träg

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urüc

kgef

ührt

wer

den

.

Ene

rgie

tran

spo

rt u

nd W

echs

el d

es E

nerg

ietr

äger

s (W

and

lung

)D

er E

nerg

ietr

ansp

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erf

olg

t vo

n al

lein

imm

er s

o, d

ass

Tem

per

atur

-, H

öhe

n-,

Ko

nzen

trat

ions

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esch

win

dig

keits

- und

el.

Span

nung

sunt

ersc

hied

e ab

geb

aut

wer

den

. Die

Ent

rop

ie n

imm

t zu.

Ene

rgie

tran

spo

rt g

esch

ieht

auc

h d

urch

el

ektr

om

agne

tisch

e W

elle

n.

Um

Ene

rgie

an

eine

r St

elle

zu

nutz

en, m

uss

an a

nder

er S

telle

ein

em E

nerg

ie-

träg

er E

nerg

ie a

bg

eno

mm

en w

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en (E

lekt

rom

oto

r, Ve

rbre

nnun

gsm

oto

r, N

utzu

ng v

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Bat

teri

en).

Wei

tere

Ene

rgie

träg

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ind

che

mis

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Bin

dun

gen

und

Ato

mke

rne

(Nuk

lear

e En

erg

ie).

Ene

rgie

bila

nzB

ei a

llen

natü

rlic

hen

Vorg

äng

en, a

n d

enen

th

erm

isch

e Pr

oze

sse

bet

eilig

t sin

d, fi

ndet

En

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ieen

twer

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sta

tt. D

iese

kan

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rallg

e-m

eine

rt w

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en a

uf e

ine

Zuna

hme

der

En

tro

pie

(2. H

aup

tsat

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herm

od

ynam

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Ein

„per

pet

uum

mo

bile

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t nic

ht m

ög

lich.

Ü

ber

mat

hem

atis

che

Bes

chre

ibun

gen

(F

orm

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kö

nnen

Ene

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men

gen

qua

nti-

fizie

rt w

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en.

Ass

imila

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D

issi

mila

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bei

Le

bew

esen

, Fo

tosy

thes

e

Ener

gie

in

chem

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dun

gen

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gen

: In

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kula

re K

räft

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ind

ung

in M

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küle

n /

Elek

tro

nenp

aarb

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Kohl

enw

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rsto

ffe,

nukl

eare

, reg

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ativ

e En

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ien,

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ovol

taik

A

kkum

ulat

oren

, Bat

te-

rien,

Bre

nnst

offz

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Mo

tore

nVe

rtie

fung

und

Wie

der

holu

ng

Materie

Sto

ffe

und

Sto

ffei

gen

scha

ften

U

nter

schi

edlic

he S

toffe

igen

scha

ften

und

Sto

ffum

-b

ildun

gen

kö

nnen

mith

ilfe

eine

s d

iffer

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erte

n A

tom

mo

del

ls e

rklä

rt w

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en. A

us d

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tellu

ng e

ines

El

emen

ts im

Per

iod

ensy

stem

der

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men

te k

önn

en

Eig

ensc

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en a

uf d

er s

toffl

iche

n Eb

ene

abg

elei

tet

wer

den

. Ein

ige

Sto

ffe s

end

en r

adio

aktiv

e St

rahl

en a

us.

Sto

ff-T

eilc

hen-

Ko

nzep

t / M

od

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rbei

t A

tom

e b

este

hen

aus

eine

m A

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kern

und

ein

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lekt

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nhül

le u

nd

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men

tart

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(Pro

tone

n, N

eutr

one

n, E

lekt

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n) a

ufg

e-b

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Ker

n-H

ülle

-Mo

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h Ru

ther

ford

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ernb

aust

eine

und

rad

ioak

-tiv

e St

rahl

ung

: Rad

ioak

tive

Sto

ffe s

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en S

trah

len

aus.

Per

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ensy

s-te

m d

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lem

ente

Die

Ato

mhü

lle w

eist

ein

e St

rukt

ur a

uf (B

ohr

sche

s A

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mo

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. Ene

rgie

stuf

enm

od

ell),

Auf

gru

nd d

es A

ufb

aus

der

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tom

hülle

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en s

ich

die

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men

te s

yste

mat

isch

in

das

Per

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ensy

s-te

m d

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ente

PSE

ein

ord

nen.

Bin

dun

gsm

od

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: D

urch

die

Bild

ung

vo

n Io

nen

ents

tehe

n g

elad

ene

Teilc

hen,

die

sic

h an

zieh

en.

Die

Ione

n ha

ben

die

gle

iche

Ele

ktro

nena

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–ve

rtei

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in d

en S

chal

en/

Ener

gie

stuf

en w

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gas

ato

me.

Dur

ch g

emei

nsam

ben

utzt

e El

ektr

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n-

paa

re (E

lekt

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npaa

rbin

dun

gen

) zw

isch

en A

tom

en e

ntst

ehen

Mo

lekü

le.

In M

ole

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n ka

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an je

dem

Ato

m s

o v

iele

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ktro

nen

zure

chne

n w

ie d

em

Edel

gas

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m, d

as in

der

selb

en P

erio

de

des

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wie

das

bet

reffe

nde

Ato

m s

teht

.

Ko

hlen

sto

ffkre

isla

ufA

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vors

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ng

(Ker

n-H

ülle

-,Sch

alen

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iest

ufen

mo

del

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ato

mar

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asse

, Is

oto

pe,

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, Io

nen,

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neng

itter

Säur

en u

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asen

, sa

ure

und

alk

alis

che

Lösu

ngen

, Sal

ze,

Kun

stst

offe

Ko

hlen

was

sers

toffe

, W

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rsto

ffVe

rtie

fung

und

Wie

der

holu

ng

Chem. Reaktion

Bei

der

Ent

wic

klun

g k

om

ple

xer

tech

nisc

her

Bau

teile

wer

den

Ro

hsto

ffe v

erw

end

et, d

ie li

miti

ert u

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amit

teue

r si

nd. N

eben

dem

nac

hhal

tigen

Um

gan

g m

it d

iese

n St

offe

n is

t die

Ent

wic

klun

g v

on

neue

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offe

n un

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hren

, die

Res

sour

cen

scho

nen

und

Rec

yclin

g e

rmö

glic

hen,

vo

n g

roße

r B

edeu

tung

. B

ei c

hem

isch

en R

eakt

ione

n w

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en B

ind

ung

en z

wis

chen

Ato

men

her

ges

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. get

renn

t. D

urch

Ab

-g

abe

od

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ufna

hme

von

Elek

tro

nen

ents

tehe

n Io

nen,

die

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h an

zieh

en b

zw. a

bst

oße

n. D

urch

gem

ein-

sam

ben

utzt

e, b

ind

end

e El

ektr

one

npaa

re e

ntst

ehen

Mo

lekü

le.

Zwis

chen

Mo

lekü

len

wir

ken

unte

rsch

ied

liche

inte

rmo

leku

lare

Krä

fte

(van

-der

-Waa

ls-K

räft

e,

Dip

ol-D

ipo

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od

er W

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rsto

ffbrü

cken

). D

as D

ona

tor-

Akz

epto

r-Pr

inzi

p fi

ndet

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h ni

cht n

ur b

ei

chem

isch

en R

eakt

ione

n, b

ei d

enen

Ele

ktro

nen

von

eine

m R

eakt

ions

par

tner

(Do

nato

r) a

uf d

en a

nder

en

Reak

tions

par

tner

(Akz

epto

r) ü

ber

trag

en w

erd

en (R

edo

xrea

ktio

nen)

, so

nder

n au

ch b

ei c

hem

isch

en

Reak

tione

n, b

ei d

enen

Pro

tone

n vo

n ei

nem

Pro

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ndo

nato

r (=

Säu

re) a

uf e

inen

Pro

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nakz

epto

r

(= B

ase)

üb

ertr

agen

wer

den

(Pro

toly

se-R

eakt

ione

n).

Do

nato

r, A

kzep

tor,

Reak

tions

gle

ichu

ng,

Red

ox-

Reak

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n (E

lekt

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nübe

rtrag

ung)

Säur

e-B

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Reak

tio-

nen

Ko

hlen

was

ser-

sto

ffe u

nd A

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ole

, Sy

nthe

se, A

naly

se

Verb

renn

ung

, Re

do

xrea

ktio

nVe

rbre

nnun

g,

Red

oxr

eakt

ion

Vert

iefu

ng u

nd W

ied

erho

lung

Wechsel- wirkungen

Alle

Wec

hsel

wirk

ung

en la

ssen

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h au

f vie

r ele

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tare

Krä

fte z

urüc

kfüh

ren:

Die

Gra

vita

tion,

ele

ktro

mag

- ne

tisch

e K

räft

e (a

uch

mak

rosk

op

isch

e Zu

sam

men

stö

ße) s

ow

ie z

wei

Art

en v

on

Wec

hsel

wir

kung

en in

A

tom

kern

en: s

chw

ache

Wec

hsel

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ung

en (Z

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llsp

roze

sse)

sow

ie s

tark

e W

echs

elw

irkun

gen

(z. B

. Zu-

sa

mm

enha

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roto

nen

und

Neu

tron

en).

Syst

eme

stre

ben

von

alle

in G

leic

hgew

icht

szus

tänd

en e

ntg

egen

.

Ko

hlen

sto

ff-C

hem

ieLa

dun

gen

, sta

rke

und

sc

hwac

he K

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raft

Ker

nkrä

fte,

Ind

uktio

nM

echa

nisc

he S

töße

, Im

pul

serh

altu

ng

(Unf

älle

)

Vert

iefu

ng u

nd W

ied

erho

lung

System

Allg

emei

nD

er M

ensc

h sc

hafft

sel

bst

tech

nisc

he u

nd n

atur

nahe

Sys

tem

e, d

ie e

r fü

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ch n

utzb

ar m

acht

. Dam

it b

e-ei

nflus

st, v

erän

der

t und

lösc

ht e

r b

erei

ts b

este

hend

e Sy

stem

e. D

er M

ensc

h ni

mm

t Ein

fluss

auf

die

sto

ff-

liche

n un

d e

nerg

etis

chen

Wec

hsel

wir

kung

en a

ller

Öko

syst

eme

der

Erd

e un

d d

amit

auch

auf

sei

ne

eig

ene

Entw

ickl

ung

. Sto

ffkre

islä

ufe

in Ö

kosy

stem

en s

etze

n En

erg

iest

röm

e vo

raus

. D

er M

ensc

h is

t in

der

La

ge

über

die

Bew

ahru

ng d

er n

atür

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n Le

ben

sbed

ing

ung

en d

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ebew

esen

nac

hzud

enke

n un

d d

a-ra

us S

chlü

sse

für

sein

Han

del

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zie

hen.

Fun

ktio

nale

, öko

log

isch

e, s

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ale

und

öko

nom

isch

e A

spek

ten

müs

sen

dab

ei a

ls K

om

po

nent

en v

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tzte

r Sy

stem

e b

erüc

ksic

htig

t wer

den

. Die

se w

erd

en z

ur U

nter

- su

chun

g u

nd O

ptim

ieru

ng v

erei

nfac

ht u

nd k

ünst

lich

nach

auß

en a

bg

egre

nzt.

Info

rmat

ion

und

Ko

mm

unik

atio

n M

od

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Ko

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atio

nste

chno

log

ie s

chaf

ft e

igen

e vi

rtue

lle S

yste

me,

die

imm

er e

nger

mit

den

re

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Sys

tem

en v

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chte

n w

erd

en.

Mo

der

ne T

echn

ik w

ird h

eute

in a

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Ber

eich

en d

igita

l ges

teue

rt u

nd v

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tzt.

Und

auc

h d

er A

lltag

der

M

ensc

hen

wird

dur

ch d

ie v

ielfä

ltig

e N

utzu

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igita

ler

Ko

mm

unik

atio

nste

chni

k g

eprä

gt.

Die

s w

irkt

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h au

f den

Res

sour

cenv

erb

rauc

h, a

uf d

en E

nerg

ieb

edar

f, au

f die

Ges

und

heit

und

das

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zial

e Zu

sam

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-le

ben

der

Men

sche

n au

s. V

or-

und

Nac

htei

le d

iese

r Tec

hnik

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eine

m g

esel

lsch

aftli

chen

Dis

kurs

m

it d

em Z

iel d

es n

achh

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en H

and

elns

unt

erlie

gen

.

bio

tisch

e un

d

abio

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e Fa

kto

ren,

Ö

kosy

stem

e

Ho

rmo

nsys

tem

, Se

xual

kund

ePr

od

uktio

nske

tten

, N

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keits

- d

reie

ck

Kra

ftw

erke

, Ene

rgie

-ve

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g, B

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offz

elle

, offe

ne u

nd

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chlo

ssen

e Sy

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e

Tran

spo

rtm

ittel

, Ve

rkeh

rssy

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eVe

rtie

fung

und

Wie

der

holu

ng

Struktur und

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Die

Wec

hsel

wir

kung

en z

wis

chen

Str

uktu

ren

und

ihre

n Fu

nktio

nen

wer

den

in d

en N

atur

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sens

chaf

ten

eine

rsei

ts in

imm

er k

lein

eren

Dim

ensi

one

n un

d a

nder

erse

its in

imm

er k

om

ple

xere

n un

d g

röße

ren

Sy

stem

en e

rfo

rsch

t und

ver

änd

ert.

Zelle

n si

nd a

us v

ersc

hied

enen

Ko

mp

artim

ente

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fgeb

aut,

der

en

Stru

ktur

en u

nd F

unkt

ione

n zu

sam

men

häng

en. Z

ells

truk

ture

n un

d –

funk

tione

n w

erd

en b

estim

mt d

urch

d

as Z

usam

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spie

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n M

akro

mo

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len.

Die

Str

uktu

r vo

n Pr

ote

inen

ist i

m G

eno

typ

fest

gel

egt.

Der

gen

etis

che

Co

de

wird

in d

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rote

inb

io-

synt

hese

zu

Pro

tein

en u

mg

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zt. A

us d

en E

igen

scha

ften

der

Pro

tein

e un

d u

nter

Um

wel

tein

flüss

en e

r-g

ibt s

ich

der

Phä

noty

p. M

ensc

hen

entw

icke

ln u

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ptim

iere

n ko

mp

lexe

tech

nisc

he S

yste

me

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ger

Fu

nktio

nen

(z. B

. Ver

kehr

ssys

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e, M

ediz

inte

chni

k) u

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eein

fluss

en d

amit

natü

rlic

her

Syst

eme.

Zusa

mm

enha

ng

Gen

oty

p u

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Phän

oty

p

Enzy

me

(sym

bo

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gen

scha

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ne

uer

Sto

ffeW

irku

ngsg

rad

vo

n K

raft

wer

ken

Fahr

zeug

bau

Vert

iefu

ng u

nd W

ied

erho

lung

Entwicklung

a) E

volu

tive

Ent

wic

klun

gD

ie E

ntw

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Technische und kulturelle EntwicklungTechnische Geräte werden vom

Menschen im Laufe der kulturellen

Evolution nach den Bedürfnissen der

Menschen weiterentwickelt.

Technische und kulturelle EntwicklungDer Mensch entwickelt technische

Systeme für alle Lebensbereiche

(Ernährung, Kleidung, Wohnung,

Mobilität, Kommunikation). Er

nutzt dafür regionale Ressourcen

und natürliche Bedingungen, um

seine Bedürfnisse zu befriedigen.

Moderne Technik ermöglicht eine

zunehmende Entkopplung von den

regionalen Bedingungen und den

Grundbedürfnissen des Menschen.

Technische und kulturelle EntwicklungDurch Forschung erworbene

Kenntnisse über Stoffeigenschaften,

chemische, physikalische und

biologische Prozesse werden für

die gezielte Weiterentwicklung

der Technik genutzt. Der Mensch

untersucht, bewertet und optimiert

laufend die technische Entwicklung

im Hinblick auf Effizienz und

Nutzbarkeit. Bei seiner kulturellen

und technischen Entwicklung

muss der Mensch sich an den

Prinzipien einer nachhaltigen

Entwicklung (BNE) orientieren, um

eine zunehmende Entkopplung

von seinen Grundbedürfnissen

und seiner regionalen Bindung zu

vermeiden.

Tabelle 11: Konzeptentwicklung Basiskonzept Entwicklung




Chemische Reaktion

Wie soll sich das Verständnis des Basiskonzepts Chemische Reaktion über die Jahrgänge entwickeln?


Stoffe können miteinander

reagieren. Dabei entstehen

aus Ausgangsstoffen mit

charakteristischen Eigenschaften

neue Stoffe mit neuen Eigenschaften,

die sich technisch nutzen lassen. Bei

chemischen Reaktionen kann ein

Energieumsatz beobachtet werden.

Um- bzw. NeuorganisationStoffveränderungen werden auf

atomarer Ebene als Um- oder

Neuorganisation von Atomen bzw.

Atomverbänden erklärt.

Die Reaktionsfähigkeit von

chemischen Elementen ist

unterschiedlich.

Der Zerteilungsgrad eines Stoffes

und die Temperatur haben einen

Einfluss auf chemische Reaktionen.

Chemische Reaktionen können

mithilfe von Reaktionsgleichungen

(Formel- bzw. Wortgleichungen)

dargestellt werden.

MassenerhaltungBei chemischen Reaktionen ist

die Masse der Ausgangsstoffe

genau so groß wie die Masse der

Reaktionsprodukte.

Man unterscheidet exotherme und

endotherme Reaktionen.

Chemische BindungBei chemischen Reaktionen

werden Bindungen zwischen

Atomen hergestellt bzw. getrennt.

Durch Abgabe oder Aufnahme

von Elektronen entstehen Ionen,

die sich anziehen bzw. abstoßen.

Durch gemeinsam benutzte,

bindende Elektronenpaare

entstehen Moleküle. Zwischen

Molekülen wirken unterschiedliche

intermolekulare Kräfte (van-der-

Waals-Kräfte, Dipol-Dipol-Kräfte oder

Wasserstoffbrücken).

Donator-Akzeptor-PrinzipDas Donator-Akzeptor-Prinzip

findet sich nicht nur bei

chemischen Reaktionen, bei

denen Elektronen von einem

Reaktionspartner (Donator) auf

den anderen Reaktionspartner

(Akzeptor) übertragen werden

(Redoxreaktionen), sondern auch

bei chemischen Reaktionen,

bei denen Protonen von einem

Protonendonator (= Säure) auf

einen Protonenakzeptor (= Base)

übertragen werden (Protolyse-

Reaktionen).

StoffkreisläufeIn Stoffkreisläufen laufen mehrere

chemische Reaktionen nacheinander

ab. Die beteiligten Stoffe werden

umgewandelt und wieder neu

gebildet.

Tabelle 12: Konzeptentwicklung Basiskonzept chemische Reaktion




1.4.5 Anforderungsebenen und Anforderungsbereiche

der inhaltsbezogenen Kompetenzen

In den Fachanforderungen werden in Kapitel 2.2

die Kompetenzerwartungen und die damit

verknüpften Fachinhalte, sortiert nach den sieben

Basiskonzepten, genannt. Die Fachanforderungen

formulieren Kompetenzerwartungen abschlussbezogen

und definieren dadurch Anforderungsebenen.

Die Anforderungsebenen orientieren sich

am Kompetenzstufenmodell des Instituts zur

Qualitätsentwicklung im Bildungswesen (IQB).

Darüber hinaus müssen im Unterricht für jede Schülerin

und jeden Schüler die Anforderungsbereiche I

(Reproduktion), II (Zusammenhänge herstellen) und

III (Verallgemeinern und Reflektieren) angemessen

angeboten und entsprechende Leistungen von ihnen

eingefordert werden. Nur wenn über reproduzierende

Tätigkeiten hinausgehend im Anforderungsbereich

II gearbeitet wird, kann von naturwissenschaftlicher

Kompetenz auf der Anforderungsebene des Ersten

allgemeinen Schulabschlusses gesprochen werden.

Daraus folgt, dass Schülerinnen und Schüler,

auf allen Anforderungsebenen mit den drei

Anforderungsbereichen konfrontiert werden müssen.

Der Zusammenhang zwischen Anforderungsebenen und

Anforderungsbereichen wird in der folgenden Grafik

verdeutlicht:

Anforderungsbereich III

Sachverhalte neu erarbeiten und reflektieren

sowie Methoden und Fertigkeiten eigenständig

anwenden

Die Schülerinnen und Schüler wählen aus,

entwickeln, beurteilen, nehmen Abstraktionen vor,

reflektieren ...

Anforderungsbereich II

Sachverhalte, Fachmethoden und

Fertigkeiten in neuem Zusammenhang nutzen

Die Schülerinnen und Schüler erklären, begründen,

vergleichen, ordnen ...

Anforderungsbereich I

Sachverhalte, Fachmethoden und

Fertigkeiten beschreiben bzw.

reproduzieren

Die Schülerinnen und Schüler beschreiben, unterscheiden, geben

wieder, nennen …

Erster allgemeinbildender Schulabschluss

Die erste Anforderungsebene erfüllen Schülerinnen und Schüler, die Fakten und Phänomene identifizieren, einfache Sachverhalte wiedergeben und auf einfache ähnliche Situationen anwenden können.

Mittlerer Schulabschluss

Die zweite Anforderungsebene erfüllen Schülerinnen und Schüler, die naturwissenschaftliche Inhalte beschreiben, erklären und anwenden können. Dabei können Bezüge zwischen funktionalen Zusammenhängen und Basiskonzepten hergestellt werden.

Anforderungen für den erfolgreichen Übergang Sek II

Die dritte Anforderungsebene erfüllen Schülerinnen und Schüler, die komplexere naturwissenschaftliche Zusammenhänge unter Anwendung der Basiskonzepte beschreiben, erklären und Probleme durch die Anwendung theoretischer Konzepte lösen.

Abbildung 3: Anforderungsebenen und –bereiche




Das folgende Beispiel soll verdeutlichen, wie mögliche Leistungen von Schülerinnen und Schülern vor dem Hintergrund

der Anforderungsebenen und Anforderungsbereiche eingeordnet werden könnten:

Anforderungsbereich I: Reproduktion

Anforderungsbereich II: Zusammenhänge herstellen

Anforderungsbereich III: Verallgemeinern und

reflektieren

Anforderungsebene III Übergang in die

Oberstufe

Schülerinnen und Schüler

geben Begriffe und

Sachverhalte wieder

und stellen dabei

Zusammenhänge her. Sie

stellen Bezüge zu den

Basiskonzepten her.


erklären komplexere

naturwissenschaftliche

Zusammenhänge auf der

Ebene der Basiskonzepte.


stellen sich komplexen

naturwissenschaftlichen

Problemstellungen und

klären diese auf, indem

sie flexibel mit den

Basiskonzepten umgehen.

Anforderungsebene II Mittlerer Schulabschluss


geben Begriffe und

Sachverhalte auf der Ebene

der Basiskonzepte wieder.


stellen Zusammenhänge

zwischen Begriffen und

Sachverhalten her und

stellen Verbindungen auf der

Ebene der Basiskonzepte

her.


nutzen grundlegende

Vorstellungen auf Ebene

der Basiskonzepte, um

naturwissenschaftliche

Sachverhalte und

Problemstellungen

aufzuklären.

Anforderungsebene I Erster

allgemeinbildender Schulabschluss


geben einfache Begriffe

und einfache Sachverhalte

wieder.


stellen Zusammenhänge

zwischen einfachen Begriffen

und Sachverhalten her.


nutzen einfache Begriffe

und Sachverhalte und

verwenden diese, um

einfache Problemstellungen

zu bearbeiten.

Tabelle 13: Beispiele Anforderungsebenen und -bereiche




2 Methodische Verfahren in der Unterrichtsplanung

2.1 Grundlegende Prinzipien

Naturwissenschaftlicher Unterricht, der an den

Bildungsstandards orientiert ist und damit die

Kompetenzen, die die Schülerinnen und Schüler

erwerben sollen, in den Mittelpunkt stellt, orientiert sich

an drei didaktischen Fragen:7

1. Was sollen die Schülerinnen und Schüler nach der

Unterrichtseinheit können?

2. Was sind die dafür geeigneten und notwendigen

Inhalte?

3. Welche Lernprozesse müssen mit den gewählten

Inhalten verknüpft werden, um einen möglichst

effizienten und nachhaltigen Kompetenzgewinn zu

erreichen?

Als Basiswerkzeuge der naturwissenschaftlichen

Selbst- und Welterschließung dienen im Unterricht

die verschiedenen Erkenntnismethoden der

Naturwissenschaften8:

∙ distanziertes Beobachten und Analysieren auf der Basis

verschiedener Theorien,

∙ Experimentieren,

∙ spezifische Modellbildung und Modelldenken,

∙ Vergleichen und Systematisieren auf der Basis

wissenschaftlicher Kriterien.

Ein kompetenzorientierter Unterricht muss ein

fantasievoller Wechsel zwischen verschiedenen

Unterrichtsformen sein. Dabei ist auf eine Passung

zwischen der angestrebten Kompetenzentwicklung und

der geplanten Unterrichtsform zu achten. Informationen

finden sich u. a. in der IQSH-Broschüre „Methoden im

Unterricht - Anregungen für Schule und Lehrerbildung“9.

2.2 Verknüpfung von situationsbezogenem und

systematischem Lernen

Situationsbezogene Lernphasen (Kontexte) bereiten

systematische Phasen vor und die systematischen Phasen

fördern intensiv die situativen Auseinandersetzungen.

„Eine Balance zwischen enggeführtem, systematischem

Lernen in definierten Wissensdomänen und situations-

bezogenem Lernen im praktischen Umgang mit lebens-

weltlichen Problemen zu finden, ist konstitutiv für die

Schule. Wie die Gewichte zu verteilen sind, darüber kann

man im Einzelnen streiten. Ihre Verteilung wird vom Alter

und Vorwissen der Schüler, von den Schulformen, aber

auch von situativen Bedingungen in der einzelnen Schule

abhängig sein.“10

Auf den Postern zur Gestaltung des schulinternen

Fachcurriculums ist der fachsystematische Aufbau der

Basiskonzepte entlang von Themenfeldern dargestellt,

die die Wahl unterschiedlicher Kontexte und Leitfragen

zulassen. (siehe Kapitel 3.4).

2.3 Das Handeln der Lehrkraft in heterogenen

Lerngruppen

In heterogenen und zusammengesetzten Lerngruppen

werden Schülerinnen und Schüler mit unterschiedlichen

Lernvoraussetzungen unterrichtet. Sie unterscheiden sich

durch ihr Vorwissen, in ihren Fähigkeiten und Fertigkeiten

und ihren Lernhaltungen. Sie bringen unterschiedliche

Erfahrungen aus verschiedenen Kulturen und sozialen

Lebensverhältnissen mit. Ihre Sprach-, Lese- und



7 Nach Ziener, G.: Bildungsstandards in der Praxis – Kompetenzorientiert unterrichten. Stuttgart 2001.

8 BLK-Expertengruppe (Baumert, J. et al.): Steigerung der Effizienz des mathematisch-naturwissenschaftlichen Unterrichts. Bonn 1997; unter http://www.blk-bonn.de/papers/Heft60/index.htm.

9 Institut für Qualitätsentwicklung an Schulen Schleswig-Holstein (IQSH)(Hrsg.): Methoden im Unterricht - Anregungen für Schule und Lehrerbildung. Kronshagen 2011.

10 BLK-Expertengruppe (Baumert, J. et al.): Steigerung der Effizienz des mathematisch-naturwissenschaftlichen Unterrichts. Bonn 1997; unter http://www.blk-bonn.de/papers/Heft60/index.htm.


Rechenfähigkeiten sind ebenso unterschiedlich wie ihre

Lerngeschwindigkeit.

Alle Schülerinnen und Schüler müssen im gemeinsamen

Unterricht angemessen gefördert werden, indem

individuelle Lernwege, Lerngeschwindigkeiten, Lernziele

berücksichtigt sowie alle Schulabschlüsse ermöglicht

werden.

In der Sonderpädagogik und der Begabtenförderung

wird übereinstimmend dazu geraten, den Unterricht

in heterogenen Klassen so zu gestalten, dass er von

komplexen Aufgabenstellungen ausgeht und individuelle

Lernwege eröffnet, in denen die Schülerinnen und

Schüler je nach Vermögen mit offenen bis hin zu

kleinschrittig angeleiteten, überschaubaren Aufgaben

konfrontiert werden. Ziel muss es sein, durch passende

Herausforderungen Unter- und Überforderungen zu

minimieren.

Die Lehrkraft wechselt situativ zwischen drei

verschiedenen Rollen:

In der vorgebenden Rolle liefert die Lehrkraft die

Inhalte und steuert den Lernprozess. Die Schülerinnen

und Schüler arbeiten, indem sie den Lerngegenstand

nachvollziehen und Fragen beantworten. Beispiele dafür

sind der Lehrervortrag und das Unterrichtsgespräch.

Diese Phasen sind besonders wichtig für Zusammen-

fassungen und für Ausblicke auf weitere Aspekte des

Themas. Erkenntnisgewinnung durch Zuhören ist in

dagegen wenig ergiebig.

Nimmt die Lehrkraft die aktivierende Rolle ein, so lernen

Schülerinnen und Schüler innerhalb eines inhaltlich

vorgegebenen Rahmens selbstständig. Die Lehrkraft

steuert und justiert die Lernprozesse. Kooperatives

Lernen, Lerngespräche und Diskussionen sind Beispiele,

in denen die Lehrkraft aktiviert.

Die begleitende Rolle bekleidet eine Lehrkraft, wenn

Schülerinnen und Schüler auf Basis einer gewählten

Erkenntnismethode selbstständig arbeiten und lernen.

Das ist z. B. bei der eigenständigen Bearbeitung von

Aufgaben und Fragen der Fall.



Kontrolle durch die Lehrperson

Zuwendung zu denSchülerinnen und

Schülern

vorgebende Rollelehrergesteuert

Verantwortung von sich weisende Rolle

begleitende Rolleschülergesteuert

aktivierende Rolle

Abb. 4: Rolle der Lehrkraft im Unterricht11

11 Tschekan, K.: Kompetenzorientiert unterrichten: Eine Didaktik. Berlin: Cornelsen Verlag Scriptor, 2012.


2.4 Methodische Planungsinstrumente

Die in den Fachanforderungen vorgegebenen

Kompetenzerwartungen und Fachinhalte sind offen

für ganz unterschiedlich gestaltete Lernprozesse. Der

Unterrichtsablauf sollte jedoch stets systematisch

strukturiert werden und logisch aufeinander aufbauen.

Für die Planung von Unterrichtseinheiten gibt es in

der Didaktik verschiedene Planungsinstrumente, die

den Unterrichtsverlauf in sinnvoll aufeinander folgende

Phasen gliedern. Exemplarisch sei hier auf drei dieser

Instrumente hingewiesen. Sie weisen große Parallelen auf

und unterscheiden sich nur im Detail.

a) Die Planungsuhr für naturwissenschaftlichen

Unterricht (IQSH)12

Kern dieses Organisationsmodells ist es, Schülerinnen

und Schüler über einen geeigneten Einstieg zu

einer übergreifenden Leitfrage („Forschungsfrage“)

zu führen, deren Bearbeitung zu planen, sie zu

erarbeiten, zu präsentieren und zu reflektieren.

b) Der Lernfermenter13

Dieses Modell unterteilt die Steuerung des Lehr-Lern-

Prozess in einen Anteil materialer Steuerung in Form

geeigneter Aufgabenstellungen, Lernmaterialien und

Methoden und einen Anteil personaler Steuerung in

Form der Moderation, Diagnose und Rückmeldung.

In diesem Rahmen wird eine Problemstellung

wahrgenommen, bearbeitet und reflektiert.

c) Modell Naturwissenschaften 5/6 (IPN)14

Dieses Modell unterteilt den Lernprozess in eine

Begegnungsphase, eine Planungsphase, eine

Erarbeitungsphase und eine Phase der Vernetzung

und Vertiefung. In diesem Modell werden Schüler

bewusst dazu angeleitet, selbstständig Fragen zu

naturwissenschaftlichen Inhalten zu stellen und diese

zu bearbeiten.

Gemeinsam ist allen Organisationsmodellen, dass in

den einzelnen Phasen methodisch abwechslungsreich

gearbeitet werden kann. Eine Übersicht über mögliche

Methoden liefert die folgende Übersicht.

Unterrichtssituation Auswahl möglicher Methoden

alle PhasenLehrervortrag, Vorlesung, Unterrichtsgespräch, Disputation, Erkundung,

Schüler-Präsentation, Tests

Erarbeitung Stationenlernen, Lernprojekt, Arbeitsunterricht, Werkstatt

Erarbeitung und Präsentation Ausstellung, Gruppenarbeit, Lernkabinett, Fallbeispiele

Planung, Erarbeitung Kooperative Lernformen, Simulation

Tabelle 14: Methoden für die verschiedenen Phasen des Unterricht 15, 16



12 Biologie 5-10, Nr. 6, 2. Quartal 2014: Wirbeltiere erforschen, Planungsuhr. Friedrich-Verlag, Seelze.

13 Suwelack, W.: Lehren und Lernen im kompetenzorientierten Unterricht. In: MNU 63/3 (15.04.2010), S. 176-182. Neuss : Verlag Klaus Seeberger.

14 Projekt Nawi 5/6, Institut für Pädagogik der Naturwissenschaften. http://www.nawi5-6.ipn.uni-kiel.de/

15 Institut für Qualitätsentwicklung an Schulen Schleswig-Holstein (IQSH)(Hrsg.): Methoden im Unterricht - Anregungen für Schule und Lehrerbildung. Kronshagen 2011.

16 Flechsig, K.-H., Gronau-Müller, M.: Kleines Handbuch didaktischer Modelle, Göttingen: Verlag für lebendiges Lernen, 1996.


2.5 Förderung der Sprachkompetenz im

naturwissenschaftlichen Unterricht

Sprachkompetenz ist ein wesentlicher Faktor für

schulischen Erfolg. Gerade in den Naturwissenschaften

führt ein Mangel an Bildungs- und Fachsprache

bei Schülerinnen und Schülern dazu, dass sie neue

Erkenntnisse kaum erlangen und bereits vorhandenes

Verständnis nicht adäquat artikulieren können.

Eine durchgängige Sprachförderung der Schülerinnen

und Schüler ist eine wichtige Aufgabe für die

naturwissenschaftliche Lehrkraft.

Ziel muss es sein, dass die Bildungssprache im Laufe

der Zeit die Kommunikationsebene des Fachunterrichts

wird. Sie zeichnet sich dadurch aus, dass im Vergleich

zur Alltagssprache möglichst ganze Sätze und eine

größere Anzahl Nomen verwendet werden, die fachlich

angemessene Formulierungen ermöglichen.

Abb. 6: Sprachebenen

Hinzu kommen im Laufe des naturwissenschaftlichen

Unterrichts Begriffe aus der Fachsprache, die präzise und

unmissverständlich Sachverhalte beschreiben, erklären

und verallgemeinern. Schülerinnen und Schüler sollten

lernen, die Fachsprache zu verstehen. Für leistungsstarke

Schülerinnen und Schüler ist zumindest im schriftlichen

Bereich eine Verwendung einer angemessenen

Fachsprache das Ziel.

Beim Aufbau der Fachsprache sollten folgende

Grundsätze beachtet werden17:

∙ Gleichen Sachverhalten sollten auch die gleichen

Formulierungen zugeordnet werden.

∙ Sollten sich unterschiedliche Terminologien

eingebürgert haben, muss den Schülerinnen und

Schülern auch der jeweilige Zusammenhang zwischen

den konkurrierenden Begriffen vermittelt werden.

∙ Umgangssprachliche oder pseudowissenschaftliche

Formulierungen sollten mit der Fachwissenschaft

korrespondieren. Begriffe, die aus der Fachsprache

kommend in die Umgangssprache eingeflossen sind

oder umgekehrt (z. B. „Wärme“, „mir ist warm“), sollten

vorsichtig verwendet werden.

∙ Unbedachte Formulierungen, die bei Schülerinnen

und Schülern ein falsches Bild vermitteln (z. B.

„Energieverbrauch“) sollten vermieden werden;

stattdessen sollten Formulierungen, die den

17 Landesinstitut für Schulentwicklung (Hrsg.): Knotenpunkte der Naturwissenschaften. Auf dem Weg zu einer gemeinsamen Fachsprache der Naturwissenschaften. Stuttgart: 2006.



Fach-sprache

Bildungssprache

Alltagssprache

· situationsunabhängig· hauptsächlich schriftlich· Fachbegriffe, Fachsystematik· fachsprachliche

Formulierungen

· situationsabhängig· Neben-, Hauptsätze· mündlich, z. T. schriftlich

· situationsbedingt· dialogisch· arm an Nomen· mündlich

„Gegenstände, derenmittlere Dichte kleiner istals die Dichte desWassers schwimmen.Dichte ist der Quotientaus Masse und Volumen.“

„Der Stein sinkt auf den Boden, weil er eine größere Masse hat alsdas Wasser.“

„... der geht unter, wenn ich ihn reinschmeiße. Der wiegt mehr.“


wissenschaftlichen Hintergrund stärker hervortreten

lassen, bevorzugt werden.

2.5.1 Abstraktionsebenen

Beim Aufbau der Fachsprache führt der Grad an

sprachlicher Abstraktion dazu, dass es bei Schülerinnen

und Schülern zu Verstehens- und Sprachproblemen

kommen kann. Ein passender Einsatz verschiedener

Darstellungsebenen und -formen richten sich nach den

schon vorhandenen Kompetenzen der Schülerinnen und

Schüler sowie nach der Struktur des fachlichen Inhalts.

Wenn es der Lehrkraft gelingt, geeignete Darstellungs-

formen zu wählen, bieten sich durch den Wechsel der

Darstellungsformen (Bild n Text n Grafik n Tabelle

n Formel) zahlreiche ergänzende Gelegenheiten zum

sprachlichen und fachlichen Lernen. Schülerinnen und

Schüler erlangen häufig erst durch den Wechsel zwischen

den verschiedenen Darstellungsformen ein tieferes

fachliches Verstehen. Sprachliches und fachliches Lernen

unterstützen sich so gegenseitig.

mat

hem

atis

che

Dar

stel

lung

mathematische Sprache

Symbolsprache

Verbalsprache· Fachsprache· Unterrichtssprache· Alltagssprache

Bildsprache

nonverbale Sprache

sym

bo

lisch

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ngsp

rach

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lung

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Dar

stel

lung

geg

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änd

liche

Dar

stel

lung

Gesetz

Struktur-diagramm

Fluss-diagramm

Graf Tabelle

GliederungMind-MapTextSprache

Bild

Gegenstand Experiment Handlung

Filmleiste Zeichnung Piktogramm

Formel

U=R·Is=1gt2

2

H2SO4

NaCl

Ab

stra

ktio

nsg

rad

© Josef Leisen

Abb. 7: Darstellungsformen und Abstraktionsebenen im Fachunterricht18

18 nach J. Leisen, 1999, 2010.




2.5.2 Scaffolding

Die Formulierungen in naturwissenschaftlichen Texten so

weit zu vereinfachen, dass das fachliche Lernen darunter

leidet, ist der falsche Weg. Vielmehr geht es darum, die

sprachlichen und die fachlichen Herausforderungen

bewusst zu verknüpfen.

Scaffolding bezeichnet im pädagogisch-psychologischen

Kontext als Metapher die Unterstützung des

Lernprozesses durch die Bereitstellung eines

„Lerngerüsts“, einer zunächst vollständigen

Orientierungsgrundlage in Form von Anleitungen,

Denkanstößen und anderen Hilfestellungen. Es wird

nur so viel Hilfe angeboten, wie benötigt wird, um eine

Aufgabe selbstständig zu bearbeiten. Sobald Lernende

fähig sind, (Teil-) Aufgaben eigenständig zu bearbeiten,

wird das „Gerüst“ schrittweise wieder entfernt19.

Scaffolding ist die dem sprachsensiblen Unterricht

angemessene Technik, sprachliches Handeln so zu

unterstützen, dass die von der jeweiligen Aufgabe

gestellten kognitiven und metakognitiven Operationen

für die Schülerinnen und Schüler zu schaffen sind20.

Folgende Formen des Scaffoldings sind zu unterscheiden:

a) Makro-Scaffolding21 (Unterrichtsplanung)

Darunter ist eine genaue Bedarfsanalyse, eine

Lernstandsanalyse und die daraus folgende

Unterrichtsplanung zu verstehen:

• Bedarfsanalyse

∙ Welche Textarten kommen vor?

∙ Welche besonderen Schwierigkeiten sind darin

enthalten?

∙ Welche Fachbegriffe sind von Bedeutung?

• Lernstandsanalyse

∙ Wie ist der Sprachstand der Schülerinnen und

Schüler?

∙ Welche sprachlichen Grundlagen gibt es aus

anderen Fächern?

• Inwieweit weichen Bedarfsstand und Lernstand

voneinander ab?

Unterrichtsplanung

∙ Wie lassen sich fachliche und sprachliche

Herausforderungen verknüpfen?

∙ Wie lässt sich Vorwissen, Vorerfahrungen und

Sprachstand einbeziehen?

∙ Welche (zusätzlichen) Materialien unterstützen

den Lernprozess?

∙ Welche Methoden, welche Lern- und

Arbeitsformen sind passend?

∙ Wie lässt sich der zusätzliche Spracherwerb

metasprachlich und metakognitiv thematisieren?

∙ Welcher geeignete sprachliche Input kann die

Sprachkompetenz der Schülerinnen und Schüler

erweitern?

b) Mikro-Scaffolding (Verhalten im Unterreicht)

Mikroscaffolding ist die konkrete Lehrer-Schüler-

Interaktion im Unterricht22:

• Langsames Sprechen, Gewährung von

Verarbeitungszeit.

• Gewährung von Planungszeit für Schülerinnen und

Schüler bei der Formulierung von Äußerungen.

• Nutzung von Kommunikationssituationen statt

einer Frage- und Antwortkultur, die komplexe

Äußerungen statt Ein-Wort-Antworten erfordert.

• Aktives Zuhören, bei dem der intendierte Inhalt

nachvollzogen und entsprechend motivierend

reagiert wird.

19 Ahrenholz, B.: Fachunterricht und Deutsch. Tübingen: Gunter Narr Verlag 2010.

20 nach Eike Thürmann: Zum Verhältnis von Fachlichkeit und Sprachlichkeit im (bilingualen) Sachfachunterricht. Fachvortrag auf dem 4. Landesfachtag Bilingualer Unterricht, 27.10.2012, Rendsburg. Verfügbar unter: http://www.faecher.lernnetz.de/faecherportal/ index.php >, Suchbegriff „bilingualer Unterricht“ Materialien über BU. [07.05.2013]

21 nach Kniffka, G., Neuner, B.: „Wo geht’s hier nach Aldi? – Fachsprachlernen im kulturell heterogenen Klassenzimmer.“ In: Budke, A. (Hrsg.): Interkulturelles Lernen im Geographie-Unterricht. Potsdam, Universitätsverlag, 2008

22 Gibbons, P.: Scaffolding Language Scaffolding Learning: Teaching Second Language Learners in the Mainstream Classroom. Heinemann Educ Books, Portsmouth, 2002.




• Re-Kodierung von Schüleräußerungen in

angemessenen Formulierungen und Fachbegriffen.

• Einbindung von Schüleräußerungen in den

fachlich-thematischen Gesamtkontext.

c) Input-Scaffolding23 (Leseförderung)

Folgende methodischen Anregungen ermöglichen

die Aufnahme und Verarbeitung von Fachtexten für

Schülerinnen und Schüler:

• Text in Abschnitte einteilen und für Abschnitte

Überschriften finden lassen.

• Vergleiche und Zuordnungen von Fachbegriffen

zu Grafiken und Texten: Welche sind in beidem

vorhanden, welche nicht?

• Begriffe verschiedener Fachrichtungen (z. B. Physik,

Mathematik) in unterschiedlichen Farben markieren.

• Text in eine andere Darstellungsform (z. B. Tabelle,

Grafik) übertragen.

• Text mit Anmerkungen für Laien ergänzen („Texte

expandieren“).

• Fragen stellen, die mit Hilfe des Textes beantwortet

werden können.

• Das Fünf-Phasen-Schema verwenden:

1. Orientiere dich im Text (Text überfliegen,

Abschnitte ausmachen),

2. Suche Verstehensinseln (Verständliches

markieren),

3. Erschließe abschnittsweise (Verstehensinseln

miteinander in Beziehung setzen),

4. Suche den roten Faden (kleine Gliederung

erstellen),

5. Reflektiere (Schreibe einen eigenen Text).

d) Output-Scaffolding23 (Sprech- und Schreib-

förderung)

Folgende Möglichkeiten zur Unterstützung fördern

die sprachliche Äußerung von Schülerinnen und

Schülern:

• Vorgabe von Fachbegriffe, Verben, Adjektiven,

Adverben zur Beschreibung von Sachverhalten.

• Versatzstücke nutzen: fachsprachliche

Satzbausteine vorgeben („Sauerstoff und

Wasserstoff reagieren zu ...“).

• nach einem Mustertext schreiben: z. B. nach einem

Musterprotokoll ein Protokoll anfertigen lassen.

• Nutzung kooperativer Elemente oder ICH-DU-

WIR: Auf eigener Basis sich auf ein gemeinsames

Protokoll einigen und dieses mit anderen

gemeinsam schreiben.

• Darstellungsformen vertexten: Eine Geschichte zu

einem Diagramm erfinden lassen.

Sprachliches Lernen und fachliches Lernen sind eng

miteinander verknüpft. Durch umsichtig geplante

Scaffolding-Verfahren muss vermieden werden, dass die

Sprache den Zugang zum Inhalt versperrt.

Sprachlernen und Fachlernen können nicht voneinander

getrennt werden – sie unterstützen sich gegenseitig.

2.5.3 Eine gemeinsame Fachsprache für das Fach

Naturwissenschaften

Im Umgang mit der Fachsprache sollte zu folgenden

Begriffen eine einheitliche Vorstellung bei Schülerinnen

und Schülern angestrebt werden:

• Energie

• Kraft

• Masse und Gewicht

• Elektrische Energie

• Wärme

• Modelle

• Struktur der Materie (Modell-Ebene)

• Stoffe

• Reaktionen

Besonders für Kolleginnen und Kollegen, die fachfremd

unterrichten, ergeben sich hier Schwierigkeiten. Sie

finden daher eine Auflistung zu den zu verwendenden

Fachbegriffen sowie in diesem Zusammenhang

möglicherweise auftretenden Schwierigkeiten im Anhang.

23 Leisen, J.: Handbuch Sprachförderung im Fach. Bonn: Varus Verlag 2010.




3 Organisation des naturwissenschaftlichen Unterrichts

Bei der Organisation des naturwissenschaftlichen

Unterrichts für die Jahrgangsstufen 5/6, 7/8 und 9/10

muss die Überlegung, in welchen Stufen sich ein

Verständnis der Basiskonzepte entwickeln soll, im

Mittelpunkt stehen. Erkenntnisse zu Schülervorstellungen

sowie die altersgemäße Entwicklung der Basiskonzepte

sollten in die Überlegungen einbezogen werden. Auf

dieser Basis kann die Zuordnung möglicher Themenfelder

erfolgen, die neben den konzeptuellen Erklärungsniveaus

Erkenntnisse über die Interessen von Lernenden und

aktuelle fachwissenschaftliche und fachdidaktische

Forschungsergebnisse und Entwicklungsarbeiten

berücksichtigen sollten. Die in den Fachanforderungen

den einzelnen Jahrgangsstufen verbindlich zugeordneten

Inhalte müssen beachtet werden.

3.1 Organisationsformen für den naturwissenschaftlichen

Unterricht

Der naturwissenschaftliche Unterricht wird in den

Jahrgängen 5-7 integriert unterrichtet.

Für die Jahrgänge 8-10 gibt es drei verschiedene

Konzepte der Organisation:

Integrierter naturwissenschaftlicher Unterricht

Unterricht in Einzelfächern: z. B. Chemie und Physik

Epochal-Unterricht mit Ankerfächern

z. B. Chemie

und Physik

Stunden-

verteilung

alle Wochenstunden Naturwissenschaften

(Beiträge aus Chemie, Physik, Biologie)

durchgehend 2 Stunden

Fachunterricht Chemie unter

Berücksichtigung biologischer

Aspekte

durchgehend 2 Stunden

Fachunterricht Physik unter

Berücksichtigung biologischer

Aspekte

halbjahresweise mit allen Wochenstunden mit dem Schwerpunkt

Physik (1. Hj.) und Chemie (2. Hj.)

unter Einbeziehung biologischer Aspekte

Themenfelder Bei der Zuordnung von Themenfeldern in den Jahrgängen 8 bis 10 sind die abschlussbezogenen Kompetenzen der Fachanforderungen zu berücksichtigen.

Tabelle 15: Drei mögliche Organisationsformen für den naturwissenschaftlichen Unterricht (4 Wochenstunden).

Die Schule kann sich in den Jahrgängen 8-10

a) für die Fortsetzung des integrierten Unterricht

entscheiden oder

b) den Unterricht in den Einzelfächern anbieten – dabei ist

einstündiger Unterricht möglichst zu vermeiden – oder

c) Unterricht epochal entlang von Ankerfächern anbieten,

um somit den fachfremden Unterricht zu minimieren.

Das führt an den meisten Schulen dazu, dass in der

Regel nur zwei Einzelfächer zur gleichen Zeit unterrichtet

werden können. Die Übersicht der Themenfelder

trägt diesem Umstand dadurch Rechnung, dass der

7. Jahrgang fachliche Schwerpunkte in der Biologie

aufweist. Im 8. Jahrgang stehen dann chemische und

physikalische Fachinhalte im Mittelpunkt.

3.2 Mögliche Themenfelder

Die folgende Übersicht über – nicht verbindliche –

Themenfelder liefert ein Gerüst, das es Schulen

erleichtert, verschiedene Unterrichtseinheiten, Kontexte

und Materialien für den Unterricht einzusetzen und

dabei die kontinuierliche Entwicklung der Basiskonzepte

im Sinne einer kumulativen Kompetenzentwicklung zu

beachten.




Naturwissenschaftlicher Unterricht Jahrgang 5/6

Mögliche Themenfelder

Biologie Chemie Physik

Wasser GewässeruntersuchungenGemische, Eigenschaften und

TrennverfahrenDichte, andere

Stoffeigenschaften

Luft VogelflugZusammensetzung,

TemperaturFliegen, Druckphänomene

TiereSteckbriefe Tiere, Tierklassen,

KörperbauBewegung der Tiere,

Wärmehaushalt

Sonne HautPlaneten, Strahlung,

Gravitation

Boden Lebensraum BodenBodenarten und -eigenschaften

Mikroskop

MenschenOrgane und Funktionen,

Atmung, Kreisläufe, Sexualität

Luft Gelenke, Hebel

Pflanzen

Pflanzenklassen und Funktion, Anpassung, Aussaat,

Bepflanzung,Photosynthese

Wasser und NährsalzeSauerstoff und

Kohlenstoffdioxid

Festigkeit und Elastizität von Pflanzen

MaschinenGesundheitsgefährdung

durch Maschinen und Elektrizität

elektrische Leiter und Isolatoren

Magnetismus, Elektromotor, Getriebe, Stromkreis




Orientierung Sinnesorgane

Duftstoffe (phänomenologisch;

Verdampfen und Verdünnen; Konzentrationen)

Messgeräte, Strahlenoptik

KommunikationKommunikations-modelle,Mimik, Gestik, Sprache bei

Menschen und Tieren

Lautsprecher, Mikrofon, Telekommunikation

Ernährungausgewogene Ernährung,

Verdauung

Nährstoffe, Lebensmittel-untersuchungenEnzymwirkungen








Gesundheit

Infektionen, Immunreaktionen Krankheiten, Antigen-Antikörper-Reaktionen

Drogen, Vorbeugung, Heilung

Giftstoffe (phänomenologisch;

Verdampfen und Verdünnen; Konzentrationen)

Bauen und Wohnen

Tierbauten, Konstruktionsprinzipien der

Natur (Bionik)

Eigenschaften, Gewinnung und Verarbeitung von

Baustoffen, Brennstoffe und Brandschutz,

Wärmeübergänge, Wärmedämmung

Heizungen, Elektrische Energieversorgung, Statik

FortbewegungAnatomie, Muskelaufbau

und –funktion, Fortbewegungsarten

Materialeigenschaften von Metallen u. a. Stoffen

Kraftmesser, mechanische Kräfte, Impuls, Trägheit,

Hebel, Reibung, Übersetzung, Statik, Strecke-

Geschwindigkeit-Zeit (Messung)

StoffeUmgang mit

gesundheitsfördernden und -gefährdenden Stoffen

Phänomenologisch: Salze, saure und alkalische

Lösungen,Reinigungsmittel

Werkzeuge

Natürliche und kulturelle Evolution der

Werkzeugbenutzung bei Tieren und Menschen

Metalle, Massenerhaltung, Atommodell nach Dalton,

Reaktionsgleichungen,Exotherme und endotherme

Reaktionen

Kräfte und HebelKulturelle Evolution der

Werkzeuge




System ErdeAbiotische und biotische Faktoren in Ökosystemen,

Zellbestandteile

Rohstoffgewinnung, Düngemittel,Stoffkreisläufe

Fortpflanzung und Entwicklung

Umgang mit Sexualität,Umwelteinflüsse, Hormone,

hormonelle Einflüsse, Stoffwechsel-prozesse,

Verhütung, Reproduktions-medizin, Mendelsche

Regeln, Mitose, Meiose, Humangenetik,

Evolution (Darwin)








Energie Energiegewinnung durch Photosynthese und Atmung

Kern-Hülle-Modell, Treibstoffe,

Treibhausgase und Klimawandel

regenerative und erschöpfbare Energie,

Kraftwerkstypen , Kernspaltung, radioaktiver

Zerfall, Atommodell Rutherford, Speicherung von

Energie

Mobilität

Gesundheits- und Umweltgefährdung

durch Verkehrsmittel und Verkehrssysteme

Treibstoffe, Wasserstofftechnologie,

Abgase, Brennstoffe, Erdöl,Treibhausgase und

Klimawandel

Verkehrsmittel, Vernetzung technischer Systeme Wechselwirkungen,

dynamische Gleichgewichte, Newton

Mikrokosmos Kompartimentierung in Zellen

Atommodelle – Vertiefung: Schalen-/Energiestufenmodell,

Donator-Akzeptor-Modell, Reaktionsgleichungen,

Redox-Reaktionen

Nanomechanik

Technische Stoffströme

Nutzung künstlicher Stoffe im alltäglichen Leben, in der

Technik und Medizin

Redoxreaktion, Elektronenübertragung, Elektrolyse, Säure-Base-

Reaktion, Kunststoffe, chemische Kreislaufprozesse,

Nanotechnologie

3.3 Umsetzung an der eigenen Schule

In welcher Form eine Schule den naturwissenschaftlichen

Unterricht in den Jahrgängen 8-10 organisiert (Kapitel

3.1), hängt von einer Reihe von Faktoren ab. Dazu

gehören die zur Verfügung stehenden Wochenstunden,

die Zahl und Qualifikation der Fachlehrkräfte nach

Fachrichtungen, die Zusammensetzung der Schülerschaft

und auch die Schwerpunkte, die die Schule in der

naturwissenschaftlichen Ausbildung setzt.

Um für die eigene Schule ein geeignetes

Organisationsmodell zu entwickeln, das Schülerinnen

und Schülern sowie Lehrkräften gleichermaßen

entgegen kommt, bietet das Programm SINUS-SH

den SINUS Themen-Abruf SIN0030 – Organisation

des naturwissenschaftlichen Unterrichts nach den

Fachanforderungen an: http://formix.info/SIN0030.

Im Rahmen dieser Fachberatung wird mit der Schulleitung

und den Kolleginnen und Kollegen ein passendes Modell

entwickelt, dass die Fachanforderungen erfüllt und sich

organisatorisch unter schulspezifischen Bedingungen

umsetzen lässt.

3.4 Poster für das schulinterne Fachcurriculum

Als Einlage zu diesem Leitfaden erhalten sie drei Poster

für das schulinterne Fachcurriculum Naturwissenschaften

5/6, 7/8 und 9/10, in denen der Aufbau der Basiskonzepte

(Kapitel 2.5) und mögliche, dazu passende Themenfelder

dargestellt sind. Sie vermitteln so eine Übersicht,

wie fachsystematisches Lernen mit situativem Lernen

zusammenwirken kann. Zu jedem Themenfeld finden sie

je zwei geeignete Leitfragen oder -ziele, mit deren Hilfe

der Unterricht strukturiert werden kann.






Naturwissen-schaften

5/6


Wasser Luft Tiere Sonne Boden Menschen Pfl anzen MaschinenVo

rsch

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orie

ntie

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U

nter

richt

sges

taltu

ng

Kontexte Untersuchung der Lebensbedingungen in einem Gewässer

Luft ist mehr als nichts!

Von Wölfen, Men-schen und Hunden

Gestaltung eines Planeten-Parcours

Lebensraum Boden Training wirkt – mein persönlicher Fitness-plan

Garten und Landwirtschaft

Elektromotoren – unverzichtbar Helfer

mögl.Aspekte

oder:

� Anpassungser-scheinungen bei Pfl anzen und Tieren� Wasserqualität� Licht, Temperatur,

gelöste Gase

� Fliegen: Auftrieb und Anströmung� Luft sichtbar ma-

chen� Heißluftballon� Strohhalme� Kräfte durch Druck

� Anpassungen� Domestifi kation� Vergleich

Wolf - Hund� Haltung� Ernährung

� Planeten und Um-laufbahnen� Finsternisse und

Phasen� Jahreszeiten� Galaxien, Sterne� Ebbe und Flut

� Boden-Unter-suchung� Bodenlebewesen� Mikroorganismen� Sand, Lehm, Ton,

Humus

� Blutkreislauf� Atmungsorgane� Stoffwechsel: At-

mung� Muskelaufbau� Skelett� Gesund durch

Bewegung

� Wildpfl anzen� Kulturpfl anzen� Nutzpfl anzen� Bewässerung� Nährsalze� Beleuchtung� Fotosynthese� Artenkenntnis

� Zahnräder� Stromleitung� Elektromagnet� Drehbewegung

durch Magnete� Generator

(Dynamo)

Kontexte Sauberes Wasser – unverzichtbares Gut

Spaziergang im Weltraum!

Tiere in meiner Nähe und Tiere in weiter Ferne

Die Sonne – wichtigste Strah-lungsquelle

Reise in das Innere der Erde

Pubertät: Wir werden erwachsen

Vielfalt – von nass bis trocken und von kalt bis warm

In einer Zeit ohne Maschinen: 6 Schritte zur Erfi ndung des Elektromotors?

mögl.Aspekte

� Reinigung von Wasser� Wasserkreislauf� Verschwendung� Oberfl ächen-

spannung� Virtuelles Wasser

� Aufbau der Atmosphäre� Raumanzüge:

Überdruck/ Unter-druck� Antrieb durch

Rückstoß� Tempertur� Sauerstoff und

Kohlenstoffdioxid� Schallausbreitung

� Heimische Tierarten� Artenkenntnis� Anpassungen

(=Überlebens-strategien)� Anpassungen an

extreme Lebens-räume Überlebens-künstler: Tiere in der Kälte (Hitze), in der Tiefsee� Hör- und See-

leistungen

� Licht und Schatten� Strahlungsarten� Wirkung von

Sonnenstrahlung� Gesundheitsge-

fährdung durch Strahlung� Sonnencreme

(chem./phy. Filter)

� Aufbau der Ge-steinsschichten� Vulkane� Erdbeben� Temperaturen im

Erdinneren� Erdwärme� Erdöl � Gebirge

� Körperliche emotionale Ver-änderungen� Wirkung von

Hormonen

� Klimazonen� Anpassungen von

Pfl anzen an Klimabedingungen

� Permanentmagnete� Elektrizität und

Magnetismus� Drehbewegungen� Schalter und

Kommutator

Ene

rgie

Gewinnung und Nutzung:Nutzbare Energie wird in Kraftwerken aus anderen Energieträgern gewonnen (z. B. Elektrizität und Wärme aus Kohle, Erdöl, Sonne, Wind). Energie ist notwendig für Leben und jede Art der Veränderungen. Zur Aufrechterhaltung von Bewegung, zum Erhalt von Körperwärme und auch Wachstum ist die Aufnahme von Energie nötig. Pfl anzen nutzen Sonnenlicht als Energiequelle.

Energietransport und Wechsel des Energieträgers (Wandlung)Energie kann gespeichert und transportiert werden. Energie kann den Energieträger (z. B. Kohle, Bewegung, Elektrizität, Wärme, Nahrung) wechseln und damit genutzt werden. Diese Vorgänge lassen sich in Transportketten darstellen. Licht transportiert ebenfalls Energie.

EnergiebilanzIn praktisch allen Situationen wird nur ein Teil der eingesetzten Energie für den eigent-lichen Zweck genutzt.

Erhitzen und Ab-kühlen von Wasser

Windkraft Wärmehaushalt von Lebewesen

Strahlungsenergie der Sonne

Primäre Energie-träger Kohle und Öl

Nährstoffe als Energieträger

Fotosynthese als Wortgleichung

Energieverlust durch Wärme (Leitungen, Reibung)

Mat

erie

Stoffe und Stoffeigenschaften Man unterscheidet Reinstoffe und Stoffgemische. Reinstoffe haben eine charakteristische Kombination von physikalischen Eigenschaften (u. a. Farbe, Schmelz- und Siede-temperatur, elektrische Leitfähigkeit, Zusammenhang Volumen/Masse (Dichte)), die zur Trennung von Stoffgemischen genutzt werden können.

Stoff-Teilchen-Konzept / Modellarbeit Der Aufbau der Materie kann mithilfe eines einfachen Teilchenmodells erklärt werden. Teilchen sind die Bausteine der Materie. Die Teilchenebene und die Stoffebene werden voneinander abgegrenzt. Mischen und Trennen: Durch einfache mechanische und physikalische Trennverfahren können aus Stoffgemischen Reinstoffe gewonnen werden. Das Teilchenmodell kann zur Betrachtung dieser Vorgänge herangezogen werden.

Stoffe und Stoffeigen-schaften, Ober-fl ächenspannung, Aggregatzustände, Masse und Volumen (Dichte), Trennen

einfache Teilchen-vorstellung, Stoffge-mische

Stoffe als Wärme-speicher und Wärme-leiter, Körperober-fl äche (Haut, Fell, Federn)

Chemische und physikalische Filter von Sonnenschutz-mitteln

Stoffgemische, Trennverfahren von Bestandteilen des Bodens, Korngröße, Gesteinsarten

Nährstoffe als wesentliche Bestand-teile der Nahrung

Kohlenstoffdioxid, Sauerstoff

Leiter / Nichtleiter

Che

m.

Rea

ktio

n

Stoffe können miteinander reagieren. Dabei entstehen aus Ausgangsstoffen mit charakteristischen Eigenschaften neue Stoffe mit neuen Eigenschaften, die sich technisch nutzen lassen.

Feuer Verbrennung, „Nichts geht ver-loren“ (Massener-haltung), chemische Reaktion

Stoffkreislauf Atmung als Wortgleichung

Fotosynthese als Wortgleichung

Wec

hsel

-w

irku

ngen

Wechselwirkungen haben stoffl ichen (z. B. Materieaustausch) oder energetischen (z. B. Signale, Antriebe) Charakter.Die Schwerkraft (Gravitation) ist für Wechselwirkungen zwischen Körpern verantwortlich, bei denen zumindest einer sehr groß ist (Mensch-Erde, Sonne-Planeten).

Tiere und Menschen nutzen ihre Sinnesorgane, um Informationen aufzunehmen und um miteinander zu kommunizieren. Menschen nutzen darüber hinaus technische Geräte, um Informationen zu gewinnen und auszutauschen.

Schwimmen-Schwe-ben-Sinken

Fliegen, Hebel Temperatur-regulierung

Gravitation, Licht und Schatten

Wasser und Luft im Boden, Adhäsion, Kohäsion, Errosion

Muskelkraft, Hebel, Masse vs. Gewichts-kraft

Statik der Pfl anzen Elektromagnetismus

Syst

em

Natürliche und technische Systeme beeinfl ussen sich wechselseitig. Lebewesen (Men-schen, Tiere und Pfl anzen sind durch vielfältige Wechselwirkungen aufeinander ange-wiesen. Lebensräume (Wasser, Luft, Boden) stehen in vielseitigen Wechselbeziehungen zueinander. In Lebewesen wirken die verschiedenen Organe zusammen, um Bewegung, Wahrnehmung, Stoffwechsel, Fortpfl anzung und Entwicklung zu ermöglichen.

Der Mensch entwickelt und gebraucht technische Systeme, in denen er mechanische und magnetische Kräfte, Druck, Temperaturdifferenzen und Elektrizität miteinander in Wechselwirkung bringt.Tiere und Menschen nutzen ihre Sinnesorgane, um Informationen aufzunehmen und um miteinander zu kommuni-zieren. Menschen nutzen darüber hinaus technische Geräte, um Informationen zu gewinnen und auszutauschen.

Wasserkreislauf Wind und Wetter, Körperbau der Vögel

Systematik der Arten, Nahrungsbe-ziehungen

Sonnensystem Boden, Erde, Erdkern Organe Kennzeichen des Lebendigen, Arten, Wasserhaushalt

Stromkreise, Elektro-motoren, Getriebe

Stru

ktur

un

d

Funk

tio

n Der Aufbau bzw. die Struktur von Organismen und von technischen Systemen werden im Laufe der Zeit an ihren jeweiligen Funktionsbedarf angepasst.

Anpassungser-scheinungen an Lebensraum Wasser

Anpassung an Lebensraum Luft

Körperoberfl äche, An-passung an Lebens-raum, Allensche Regel, Bergmannsche Regel

Haut des Menschen Körperbau von Lebe-wesen im Boden

Skelett, Organe und Organsysteme

Anpassungser-scheinungen bei Pfl anzen

Form und Funktion elektrischer Geräte

Ent

wic

klun

g

Entwicklunga) Evolutive EntwicklungOrganismen verändern sich durch evolutive Prozesse. Auch der Mensch ist durch eine evolutive Entwicklung entstanden. Durch künstliche Zuchtwahl (Domestikation) entstehen aus Wildformen Haus-/Nutztiere und Nutzpfl anzen.

b) Individuelle EntwicklungLebewesen durchlaufen einen Lebenszyklus in ständiger Wechsel-wirkung mit anderen Lebewesen und mit der Technik. Sie können sich individuell an sich verändernde Lebensbedingungen anpassen. Der Mensch erweitert diese Möglichkeiten, in dem er seine Technik nutzt.

c) Kulturelle technische EntwicklungTechnische Geräte werden vom Menschen im Laufe der kulturellen Evolution nach den Bedürfnissen der Menschen weiterentwickelt.

Künstliche und natürliche Gewässer

Pionieren der Luft-fahrt und ihre Flug-geräte

Domestikation, Art-begriff, Vermehrung

Sonnenstand, Jahres-zeiten

Lebewesen im Boden, Erdzeitalter

Sexualität des Menschen

Samenentstehung Entwicklung techni-scher Geräte, Gefahren und Schutz

Schulspezifi sche Besonderheiten

StichworteMethoden,Experimente,

Materialien, außerschulische Lernorte

Jahrgang 5/6 SINUS-SH 2014





7/8


Orientieren Kommunikation Ernährung Gesundheit Bauen und Wohnen

Stoffe Fortbewegen WerkzeugeVo

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orie

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U

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richt

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ng

Kontexte Unsichtbar und doch erkennbar

Kommunikation – „codieren und deko-dieren“.

Zu Hause und in der Schule gesund essen

Infektionskrankhei-ten – eine ständige Bedrohung!

Nachhaltiges Bauen – gestern, heute und morgen

Das Salz – nicht nur in der Suppe?

Das ideale Fahrrad für mich!

Metalle im Alltag – vielfältig und nicht zu ersetzen

mögl.Aspekte

oder:

� Ohr und Schall � Lupe und Mikros-

kop � Nase und Geruchs-

stoffe� Messgenauigkeit

� Kommunikations-modelle � Signalumwandlung

im Tier- und Pfl an-zenreich� Kommunikation

beim Menschen� Digitale Kommuni-

kation

� Speisenangebot� Nahrungsbestand-

teile� Bedarf an

Nährstoffen� Lebensmittelzu-

satzstoffe� Untersuchungen

(statt Vorkosten)

� Viren und Bakterien� Ansteckung und

Krankheitsverläufe� Immunreaktion� Vorbeugung und

Impfung� Antibiotika� AIDS

� Dämmung� Materialien� Wandaufbau� Fenster

� Sportgetränke� Dünger� Kochsalz � Halogene

� Nutzungsmöglich-keiten und Bedarf� Schaltung� Bremsen� Rahmen� Reifen� Beleuchtung� Verkehrssicheres

Fahren

� Geschichte der Metallgewinnung und -nutzung� Eigenschaften von

Metallen� Verwendung von

Metallen� Legierungen� Korrosionsschutz

Kontexte Orientierung im Tierreich – besser als der Mensch!

Unsere Zukunft: Die total vernetzte Welt?

Fit durch gesunde Ernährung

Suchtverhalten beim Menschen

Menschen und um-weltfreundliches Bauen im 21. Jhdt.

Echt ätzend?Säuren und Laugen

Für das Fahrrad zu weit – was dann?

Mein altes Handy: Rohstoffquelle für wertvolle Metalle?

mögl. Aspekte

� Hör-. Geruchs- und Sehleistung bei Tieren als Anpassungser-scheinungen� Orientierung im

Raum bei Mensch und Tier

� Reise einer SMS� Digitale Netzwerke� Digitale Logistik

von Warenströmen

� Ernährungsge-wohnheiten� Bewegungsge-

wohnheiten� Energiebedarf� Essstörungen

� Rauchen� Alkohol� andere Drogen� Gesundheitsgefahren� PC-Spiele � Suchtpotential� Umgang mit der

Sucht

� Zusammenleben und Wohnen im 21. Jahrhundert� Statik und Ästhetik� Baumaterialien

- Produktion- Wirkung- Recycling

� Laugengebäck� Säuren in der

Nahrung� Reinigung

� Vergleich von Transportsystemen� Nachhaltigkeit von

Transportsystemen

� Metalle in elektri-schen Geräten� Seltene Erden� Herkunft und

Gewinnung der Metalle� Funktionen� Recycling

Ene

rgie

Gewinnung und Nutzung: Der Wechsel auf den Energieträger Elektrizität geschieht meist über Wärme, Bewegung oder Stoffumwandlung. Elektrische Induktion spielt dabei eine wichtige Rolle.Elektrizität und Wärme sind im Alltag wichtige Energieträger. Alle Lebewesen setzen Energie um, indem sie Strukturen aufbauen, Energie in chemischen Verbindungen speichern, ihre Körpertemperatur halten und sich bewegen.

Energietransport und Wechsel des Energieträgers (WandlungDer Transport von Energie und der Wechsel des Energieträgers geschehen auf verschiedene Arten. Strahlung, Wärmeleitung, Ad- und Konvektion und elektrischer Strom sind typische Transportmechanismen, die sich optimieren lassen. Lage, (mechanische) Spannung und magnetische und elektrische Felder (z. B. Licht) und Stoffe sind weitere Energieträger.

EnergiebilanzDie gesamte Energiemenge in einem (idealen) geschlossenen System bleibt erhalten und kann bilanziert werden. So können quantitative Vorhersagen über die Ergebnisse von Prozessen getroffen werden, ohne diese im Detail zu betrachten. Es reicht aus, die Energien von Anfangs- und Endzustand zu bilanzieren (1. Hauptsatz der Thermodynamik). Geschlossene Systeme lassen sich in der Praxis nur annähern, es fi ndet immer Energieentwertung statt, bei der Energie dem System verloren geht. Der Energiegehalt eines Systems ändert sich aber auch gewollt durch Austausch mit der Umgebung (z. B. in chemische Reaktionen).

Energetische Anre-gung der Sinnesor-gane (Licht, Schall, Wärme, Bewegung)

Elektrische und magnetische Felder, el. Induktion

Grundumsatz, Leistungsumsatz, Brennwert

Bewegung durch Muskeln

Wärmetransporte: Advektion, Wärme-leitung, Wärmestrah-lung, Energieentwer-tung

Energie beim Erwärmen, endother-me und exotherme Reaktionen

Bewegungsenergie, Lageenergie, gleich-förmige Bewegung, Energieerhaltung, Energieentwertung

Mechanische Ener-gie, Energiebedarf für Metallgewinnung und Verarbeitung

Mat

erie

Stoffe und Stoffeigenschaften Man unterscheidet Reinstoffe, die sich auch durch chemische Verfahren nicht weiter trennen lassen (Elemente) von Reinstoffen die sich durch chemische Verfahren in verschiedene Bestandteile trennen lassen (chemischen Verbindungen). Elementare Stoffe bestehen aus einer einzigen Atomart. Verbindungen bestehen aus Verbänden verschiedener Atome. Aus wenigen Elementen kann die Vielfalt an chemischen Verbindungen entstehen.

Stoff-Teilchen-Konzept / Modellarbeit Das einfache Teilchenmodell wird durch die quantitative Betrachtung chemischer Reaktionen zu einer einfachen Atomvorstellung erweitert (Atommodell nach Dalton). Die kleinsten Teilchen nennt man Atome; Atome eines Elements sind untereinander gleich. Sie unterscheiden sich von den Atomen eines anderen Elements aufgrund ihrer Masse. Atome üben Kräfte aufeinander aus.. Chemische Reaktion können als Neuorganisation von Teilchen beschrieben werden. Bei chemischen Reaktionen gehen Atome nicht verloren und werden nicht neu geschaffen.

Eigenschaften optischer Linsen

Stoffe als Schallträ-ger, Elastizität von Membranen

Nährstoffe, Mineralien und Vitamine (Baustein-Ebene), Wirkung von Säuren und Basen bei der Verdauung (pH-Wert),Konservieren, saure Lebensmittel,

Drogen, Gewinnung und Funktion von Antibiotika (bildlich)

Masse, Dichte, Bau-stoffe, Elemente und chemische Verbin-dungen, Wärmeleit-fähigkeit, U-Wert, Lichtdurchlässigkeit Dalton-Atommodell

saure und alkalische Lösungen, Salze

Eigenschaften von Metallen und an-deren Materialien (Gummi, Kunststoffe) bei Fahrzeugen

Metalle, Nichtme-talle, Gesetze: Er-haltung der Masse und der konstanten Massenverhältnisse, el. Leitfähigkeit, Re-cycling von Metallen

Che

m.

Rea

ktio

n

Die Entwicklung neuer chemischer Stoffe (Produkte) ermöglicht die Entwicklung immer komplexerer technischer Geräte. Neue Stoffe und Produktions-verfahren lösen aus Gründen der Effi zienz ältere ab. Rohstoffe (Ausgangs-stoffe, Edukte) sind aber limitiert. Stoffveränderungen werden auf atomarer Ebene als Neuordnungen von Ato-men bzw. Atomverbänden erklärt.

Die Reaktionsfähigkeit von chemischen Elementen ist unterschiedlich. Der Stoffwechsel von Lebewesen beruht darauf, dass ständig Stoffe auf- und abgebaut werden. Dies wird in der Regel enzymatisch gesteuert.

Funktion von Enzymen als Katalysator

Exo- und endotherme Reaktionen, Baustoffe (Kalkkreislauf, Zement)

Brennbarkeit, Reakti-onsgleichungen

Korrosion Chemischen Reaktion (quantitativ), Oxidbildung

Wec

hsel

-w

irku

ngen

Mechanische Wechselwirkungen (mechanische Impulse) sorgen für Bewegungsänderungen, Ver-formungen und Temperaturänderungen. Elektr.und magn. Kräfte und Felder beruhen auf Ladungen. Diese sind in Ruhe elektrostatisch.

Durch Bewegungen der Ladungen (Ströme) entstehen Magnetfelder und damit magnetische Kräfte (Elektromagnetismus). Die Schwerkraft (Gravitation) hängt von den Massen der wechselwirkenden Körper ab..

Wahrnehmung und Verarbeitung von Umweltreizen

elektrische und magnetische Kräfte

Gleichgewicht mechanischer Kräfte (Statik)

Gegebenenfalls Elektrolyse

mechanische Kräfte Hebel, Ladungen

Syst

em

AllgemeinDer Mensch klärt die Zusammenhänge und Wechselwirkungen zwischen den Kompo-nenten der Systeme durch seine forschende Tätigkeit auf, um gezielt Veränderungen zu seinen Nutzen vorzunehmen. Daher werden Wechselwirkungen in Systemen isoliert gemessen, verstanden und genutzt. Der Mensch erfi ndet, baut und verbessert techni-sche Geräte und er verändert Stoffe und Lebewesen, nutzt und verbreitet sie. Damit be-einfl usst er alle natürlichen Systeme.

Information und Kommunikation Der Mensch erschließt sich die Welt nicht nur mit seinen Sinneswahrnehmungen sondern erweitert diese durch zahl-reiche technische Systeme, mit denen er die Welt immer genauer erforscht. Kommunikation beruht auf der Codierung und Dekodierung von Signalen. Lebewesen kommunizieren über ange-borene und erworbene Verhaltensweisen und orientieren sich so in ihrer Umwelt. Zur menschlichen Kommunikation gehört die Interpretation. Technische Kommunikation erfolgt meist über elektromagnetische Wechselwirkungen und Schall. Digitale Verarbeitung macht ein Speichern und Austauschen unzähliger Daten und die weltweite Steuerung von Prozessen mit Einfl uss auf alle Bereiche des Lebens möglich.

Sinnesorgane, Nervensystem, Reizleitung, Strahlenoptik

Stromkreise, Kommu-nikationsmodelle, digitale Datenver-arbeitung

Verdauungsprozesse Immunsystem, Viren und Bakterien, Einzel-ler, gesunde Lebens-führung, AIDS, HIV

Gebäude, Heizungs-anlagen, Stromkreise,

Stoffe und Eigen-schaften, Systematik

Zusammenspiel techn. Bauteile (An-trieb, Übersetzung, Bremsen des Fahrrads)

Periodensystem

Stru

ktur

un

d

Funk

tio

n Die Bestandteile von natürlichen und technischen Systemen erfüllen spezifi sche Funktionen und wirken zusammen. Der Zusammenhang zwischen Struktur und Funktion fi ndet sich nicht nur bei Organen, Organismen und technischen Geräten, sondern auch bei Zelltypen, Bakterien und Viren.

Lichtmikroskopische Zellorganellen

Ohr, Mikrofon, Lautsprecher

Verdauungsorgane Schlüssel-Schloss- Prinzip, Viren, Bakterien

Bauelemente, Statik (Dreiecke, Röhren, T-Träger)

Rahmenbau (Fahr-rad), langsame und schnelle Muskulatur

Werkzeugstruktur

Ent

wic

klun

g

a) Evolutive EntwicklungDie evolutive Entwicklung von Organismen wird durch Mutationen und Selektion vorangetrieben.Durch ungeschlechtliche und geschlechtliche Vermehrung wir Erbmaterial weitergegeben und verändert.Im Laufe der Evolution haben sich Prokaryoten, Einzeller, Wirbellose und Wirbeltiere entwickelt. Wirbellose und Wirbeltiere unterscheiden sich im Bau und in ihrer Vermehrung. Evolutionsprozesse können anhand der wech-selseitigen Anpassung von Mikroorganismen und Immunsystem aktuell beobachtet werden. Der Mensch kann durch medizinische Maßnahmen hierauf Einfl uss nehmen (Entwicklung neuer Medikamente und Impfstoffe).

b) Individuelle EntwicklungDurch verantwortungsvolle Le-bensführung (Ernährung, Bewe-gung, Umgang mit Genuss-mitteln und Drogen) kann die persönliche Entwicklung positiv beeinfl usst werden.

c) Kulturelle technische EntwicklungDer Mensch entwickelt technische Systeme für alle Le-bensbereiche (Ernährung, Kleidung, Wohnung, Mobilität, Kommunikation). Er nutzt dafür regionale Ressourcen und natürliche Bedingungen, um seine Bedürfnisse zu befrie-digen. Moderne Technik ermöglicht eine zunehmende Entkopplung von den regionalen Bedingungen und den Grundbedürfnissen des Menschen.

Unterstützung der Sinnesorgane (Brille, Mikroskop,…)

Sprachentwicklung Verdauungsvorgänge,Nahrungsbestandteile

Geschichte der Immunologie, Mutation von Bakterien und Viren

Bauwerke früher und heute

Funktionskleidung Entwicklung der Fortbewegungsmittel

Metalle in der Kulturgeschichte


StichworteMethoden, Experimente,

Materialien, außer-schulische Lernorte,

Bildungspartner


Helmut Krückel/PIXELIO H. Wanetschkal/PIXELIO Lilo Kappl/PIXELIO Rofl van Melis/PIXELIO Rainer Sturml/PIXELIO Ibefi schl/PIXELIO SuBeal/PIXELIO Gisela Peter/PIXELIO





9/10


System Erde Entwicklung und Fortpfl anzung des

Menschen

Mikrokosmos Technische Stoffströme

Energie: Bereitstellung und Nutzung

Mobilität: Verkehrsmittel und -systeme

Vertiefung

� Teilnahme an Wettbewerben, z. B. Jugend forscht, Zukunftsschule SH,…

� Vorbereitung auf nat. Profi l (Oberstufe)

� Naturwissenschaftliche Kurzprojekte

Vors

chlä

ge

zur k

onte

xtor

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Unt

erric

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ltung

Kontexte Die Rolle des Menschen im System Erde

Verantwortlicher Umgang mit Sexualität

Ordnung in der Welt der Stoffe

Eine Welt voller Kunststoffe

Blackout: Stromaus-fall in Europa – wie leben wir?

Verkehrssystem der Zukunft Biologie Chemie Physik

mögl.Aspekte

oder:

� Wichtige Öko-systeme der Erde� Artenspektrum,

Stoffkreisläufe, Produktivität� Ausbeutung� Nachhaltige

Entwicklung� Climate

Engeneering

� Verhütungs-methoden� Hetero- und Homo-

sexualität� Schwangerschafts-

abbruch� Vererbung� Werbung

� Entwicklung des PSE� Atommodelle� Die Welt des

Atomaren� Systematik der

Stoffe� Bindungen

� Kohlenstoffver-bindungen� Polymer-Chemie� Nano-Technologie� Müll, Recycling,

Trennung� Verbundstoffe� Hochleistungs-

produkte

� Kraftwerkstypen� Regionale und

lokale Versorgung� Regenerative

Energien� Stromnetze� Chem.

Speicherung� Leben ohne Strom

� Verbrennungs-motoren und Erdöl� Hybrid-Fahrzeuge� E-Mobilität� Brennstoffzellen-

technik� Kohlenstoffdioxid-

Bilanz� Verkehrsteuerung� Mobilität u. Lebensstil

- Die Zelle

- DNA

- Bionik

- Zellatmung

- Evolution

- Lebens-räume

- Wald

- Landwirt-schaft

- Verhalten

- Das Hirn

- Saurier

- virtuelles Wasser

- Gifte

- Kohlen-stoffdioxid-Kreislauf

- Atom-modell

- Rost

- Waschen

- Dünger

- Kunststoffe

- Brennstoffe

- Salze

- Metalle

- Feuerwerk

- Reinigungs-mittel

- Laugen-gebäck

- Fliegen

- Segeln

- Radio-aktivität

- Licht und Farben

- Fahrzeuge

- Motoren

- optische Geräte

- Hybird-Antriebe

- Energie-rückge-winnung

Kontexte Ökosystem unserer Region – müssen wir was tun?

Eingriffe in die Biolo-gie des Menschen – Chancen und Risiken

Nanotechnologie: Chancen und Risiken

Müll als Zukunfts-chance

Energiewende – was bedeutet das?

Digital gesteuerte Warenströme

mögl. Aspekte

� Heimische Ökosys-teme kennen und untersuchen� Untersuchungs-

methoden� Artenkenntnis� Schutzmaßnahmen

� Genom des Menschen� Mutation� Erbkrankheiten� Organspende� Reproduktionsmedizin� Gentechnik� Stammzellen

� Nanotechnologie in Alltagsprodukten� Funktion� Rastersonden-

mikroskop� Gesundheitliche

Risiken

� Bestandteile von Müll� Mülltrennung� Müllvermeidung� Müllverwertung� Energiebilanz

� Kernenergie� Fossile Quellen� Regenerative Quellen� Energiemengen er-

fassen u. auswerten� Einsparmöglich-

keiten

� Warenproduktion� Globaler und regio-

nale Produktion� Transportmittel

und -wege

Ene

rgie

Gewinnung und Nutzung: Nutzbare Energie kann aus erschöpfbaren und regenerativen Quellen gewonnen werden. Die damit verbundenen Energieträgerwechsel in den Kraftwerken haben unterschiedliche Effi zienz. Die Möglichkeit, Energie zu speichern, ist eine große Herausforderung. Bedeutung und Auswirkung der Gewinnung und Nutzung spielen in ökonomischen, gesellschaftlichen und politischen Zusammenhängen eine wichtige Rolle (z. B. Kernenergie). Energetische Erscheinungen bei chemischen Reaktionen können auf den Wechsel eines Teils der in Stoffen gespeicherten Energie auf andere Energieträger zurückgeführt werden.

Energietransport und Wechsel des Energieträgers (Wandlung)Der Energietransport erfolgt von allein immer so, dass Temperatur-, Höhen-, Konzentrations-, Geschwindigkeits- und el. Spannungsunterschiede abgebaut werden. Die Entropie nimmt zu. Energietransport geschieht auch durch elektromagnetische Wellen. Um Energie an einer Stelle zu nutzen, muss an anderer Stelle einem Energie-träger Energie abgenommen werden (Elektromotor, Verbrennungsmotor, Nutzung von Batterien).Weitere Energieträger sind chemische Bindungen und Atomkerne (Nukleare Energie).

EnergiebilanzBei allen natürlichen Vorgängen, an denen thermische Prozesse beteiligt sind, fi ndet Energieentwertung statt. Diese kann verallge-meinert werden auf eine Zunahme der Entropie (2. Hauptsatz der Thermodynamik). Ein „perpetuum mobile“ ist nicht möglich. Über mathematische Beschreibungen (Formeln) können Energiemengen quanti-fi ziert werden.

Assimilation, Dissimilation bei Lebewesen, Fotosythese

Energie in chem. Bindungen

chem. Bindungen: Intermolekulare Kräfte Bindung in Molekülen / Elektronenpaarbin-dungen

Kohlenwasserstoffe, nukleare, regenerative Energien, Fotovoltaik Akkumulatoren, Batte-rien, Brennstoffzelle

Motoren Vertiefung und Wiederholung

Mat

erie

Stoffe und Stoffeigenschaften Unterschiedliche Stoffeigenschaften und Stoffum-bildungen können mithilfe eines differenzierten Atommodells erklärt werden. Aus der Stellung eines Elements im Periodensystem der Elemente können Eigenschaften auf der stoffl ichen Ebene abgeleitet werden. Einige Stoffe senden radioaktive Strahlen aus.

Stoff-Teilchen-Konzept / Modellarbeit Atome bestehen aus einem Atomkern und einer Elektronenhülle und sind aus Elementarteilchen (Protonen, Neutronen, Elektronen) aufge-baut (Kern-Hülle-Modell nach Rutherford). Kernbausteine und radioak-tive Strahlung: Radioaktive Stoffe senden Strahlen aus. Periodensys-tem der Elemente Die Atomhülle weist eine Struktur auf (Bohrsches Atommodell bzw. Energiestufenmodell), Aufgrund des Aufbaus der Atomhülle lassen sich die Elemente systematisch in das Periodensys-tem der Elemente PSE einordnen.

Bindungsmodelle: Durch die Bildung von Ionen entstehen geladene Teilchen, die sich anziehen. Die Ionen haben die gleiche Elektronenanzahl und –verteilung in den Schalen/Energiestufen wie die Edelgasatome. Durch gemeinsam benutzte Elektronen-paare (Elektronenpaarbindungen) zwischen Atomen entstehen Moleküle. In Molekülen kann man jedem Atom so viele Elektronen zurechnen wie dem Edelgasatom, das in derselben Periode des PSE wie das betreffende Atom steht.

Kohlenstoffkreislauf Atomvorstellung (Kern-Hülle-,Schalen-, Energiestufenmodell), atomare Masse, Isotope, PSE, Ionen, Ionengitter

Säuren und Basen, saure und alkalische Lösungen, Salze, Kunststoffe

Kohlenwasserstoffe, Wasserstoff

Vertiefung und Wiederholung

Che

m.

Rea

ktio

n

Bei der Entwicklung komplexer technischer Bauteile werden Rohstoffe verwendet, die limitiert und damit teuer sind. Neben dem nachhaltigen Umgang mit diesen Stoffen ist die Entwicklung von neuen Stoffen und Verfahren, die Ressourcen schonen und Recycling ermöglichen, von großer Bedeutung. Bei chemischen Reaktionen werden Bindungen zwischen Atomen hergestellt bzw. getrennt. Durch Ab-gabe oder Aufnahme von Elektronen entstehen Ionen, die sich anziehen bzw. abstoßen. Durch gemein-sam benutzte, bindende Elektronenpaare entstehen Moleküle.

Zwischen Molekülen wirken unterschiedliche intermolekulare Kräfte (van-der-Waals-Kräfte, Dipol-Dipol-Kräfte oder Wasserstoffbrücken). Das Donator-Akzeptor-Prinzip fi ndet sich nicht nur bei chemischen Reaktionen, bei denen Elektronen von einem Reaktionspartner (Donator) auf den anderen Reaktionspartner (Akzeptor) übertragen werden (Redoxreaktionen), sondern auch bei chemischen Reaktionen, bei denen Protonen von einem Protonendonator (= Säure) auf einen Protonenakzeptor (= Base) übertragen werden (Protolyse-Reaktionen).

Donator, Akzeptor, Reaktionsgleichung, Redox-Reaktionen (Elektronenübertragung)

Säure-Base-Reaktio-nen Kohlenwasser-stoffe und Alkanole, Synthese, Analyse

Verbrennung, Redoxreaktion

Verbrennung, Redoxreaktion


Wec

hsel

-w

irkun

gen Alle Wechselwirkungen lassen sich auf vier elementare Kräfte zurückführen: Die Gravitation, elektromag-

netische Kräfte (auch makroskopische Zusammenstöße) sowie zwei Arten von Wechselwirkungen in Atomkernen: schwache Wechselwirkungen (Zerfallsprozesse) sowie starke Wechselwirkungen (z. B. Zu-sammenhalt der Protonen und Neutronen). Systeme streben von allein Gleichgewichtszuständen entgegen.

Kohlenstoff-Chemie Ladungen, starke und schwache Kernkraft

Kernkräfte, Induktion Mechanische Stöße, Impulserhaltung (Unfälle)


Syst

em

AllgemeinDer Mensch schafft selbst technische und naturnahe Systeme, die er für sich nutzbar macht. Damit be-einfl usst, verändert und löscht er bereits bestehende Systeme. Der Mensch nimmt Einfl uss auf die stoff-lichen und energetischen Wechselwirkungen aller Ökosysteme der Erde und damit auch auf seine eigene Entwicklung. Stoffkreisläufe in Ökosystemen setzen Energieströme voraus. Der Mensch ist in der Lage über die Bewahrung der natürlichen Lebensbedingungen der Lebewesen nachzudenken und da-raus Schlüsse für sein Handeln zu ziehen. Funktionale, ökologische, soziale und ökonomische Aspekten müssen dabei als Komponenten vernetzter Systeme berücksichtigt werden. Diese werden zur Unter-suchung und Optimierung vereinfacht und künstlich nach außen abgegrenzt.

Information und Kommunikation Moderne Kommunikationstechnologie schafft eigene virtuelle Systeme, die immer enger mit den realen Systemen verfl ochten werden. Moderne Technik wird heute in allen Bereichen digital gesteuert und vernetzt. Und auch der Alltag der Menschen wird durch die vielfältige Nutzung digitaler Kommunikationstechnik geprägt. Dies wirkt sich auf den Ressourcenverbrauch, auf den Energiebedarf, auf die Gesundheit und das soziale Zusammen-leben der Menschen aus. Vor- und Nachteile dieser Technik müssen einem gesellschaftlichen Diskurs mit dem Ziel des nachhaltigen Handelns unterliegen.

biotische und abiotische Faktoren, Ökosysteme

Hormonsystem, Sexualkunde

Produktionsketten, Nachhaltigkeits-dreieck

Kraftwerke, Energie-versorgung, Brenn-stoffzelle, offene und geschlossene Systeme

Transportmittel,Verkehrssysteme


Stru

ktur

un

d

Funk

tio

n

Die Wechselwirkungen zwischen Strukturen und ihren Funktionen werden in den Naturwissenschaften einerseits in immer kleineren Dimensionen und andererseits in immer komplexeren und größeren Systemen erforscht und verändert. Zellen sind aus verschiedenen Kompartimenten aufgebaut, deren Strukturen und Funktionen zusammenhängen. Zellstrukturen und –funktionen werden bestimmt durch das Zusammenspiel von Makromolekülen.

Die Struktur von Proteinen ist im Genotyp festgelegt. Der genetische Code wird in der Proteinbio-synthese zu Proteinen umgesetzt. Aus den Eigenschaften der Proteine und unter Umwelteinfl üssen er-gibt sich der Phänotyp. Menschen entwickeln und optimieren komplexe technische Systeme vielfältiger Funktionen (z. B. Verkehrssysteme, Medizintechnik) und beeinfl ussen damit natürlicher Systeme.

Zusammenhang Genotyp und Phänotyp

Enzyme (symbolhaft) Eigenschaften neuer Stoffe

Wirkungsgrad von Kraftwerken

Fahrzeugbau Vertiefung und Wiederholung

Ent

wic

klun

g

a) Evolutive EntwicklungDie Entwicklung der Lebewesen lässt sich durch Evolutionstheorien erklären (Evolutionstheorie nach Darwin). Die genetische Variabilität der Organismen und die Weitergabe von Erbinformationen bilden die Basis der evolutiven Entwicklung der Arten und damit ganzer Ökosysteme Die Weitergabe von Erbanlagen unterliegt Gesetzmäßigkeiten. Erbinformationen be-ruhen auf dem genetischen Code. In Wechselwirkung mit Umwelteinwirkungen steuern sie den Aufbau und die Stoffwechselprozesse der Organismen.

b) Individuelle EntwicklungIndividuelle Anpassungen an die Umwelt sind nur in einem genetisch festgelegten Rahmen möglich. Durch Meiose entstandenen Geschlechtszellen verschmelzen und ermöglichen die Entwicklung neuer Individuen. Die genetischen Informationen werden durch Mitose von Zell-generation zu Zellgeneration weitergegeben und ausdifferenziert abgelesen. Beim Menschen gibt es Heterosexualität und Homosexualität. Der Mensch beeinfl usst seine Fortpfl anzung (hormonelle Verhütungsmethoden) und nutzt bei seiner Reproduktion pränatale und post-natale Diagnostik sowie künstliche Reproduktionstechniken.Die Möglichkeiten der Stamm-zellentherapie und modernen Operationstechniken (Prothesen, Organtransplantationen) können die Lebensqualität verbessern.

c) Kulturelle technische EntwicklungDurch Forschung erworbene Kenntnisse über Stoffeigen-schaften, chemische, physikalische und biologische Pro-zesse werden für die gezielte Weiterentwicklung der Tech-nik genutzt. Der Mensch untersucht, bewertet und opti-miert laufend die technische Entwicklung im Hinblick auf Effi zienz und Nutzbarkeit. Bei seiner kulturellen und tech-nischen Entwicklung muss der Mensch sich an den Prinzi-pien einer nachhaltigen Entwicklung (BNE) orientieren, um eine zunehmende Entkopplung von seinen Grundbedürf-nissen und seiner regionalen Bindung zu vermeiden.

Evolutionstheorie nach Darwin

Hormonsystem, Sexualkunde

Geschichte und Übersicht der Atommodelle

Entwicklung neuer Stoffe

Effi zienter Einsatz von Energie, Zukunftssze-narien

Geschichte der Verkehrsmittel



StichworteMethoden, Experimente,

Materialien, außer-schulische Lernorte


Hilde Vogtländer / pixelio.de pixabay.com pixabay.com Günter Hamich / pixelio.de pixabay.com www.mobilitaet-in-deutschland.de




Diese Vorlagen können als Ausgangspunkt für das

schulinterne Fachcurriculum genutzt werden.

Um die Poster an schulische Besonderheiten anpassen

zu können, stehen sie als editierbare Dokumente zur

Verfügung (http://sinus-sh.lernnetz.de/sinus/materialien/

naturwissenschaften).

3.5 Bewertung und Zeugnisnote

Für den integrierten naturwissenschaftlichen Unterricht

wird im Zeugnis eine Note erteilt. Auch in dem im Kapitel

3.1 genannten Epochenmodell ergibt sich eine Note

für das Fach Naturwissenschaften. Eine Ausweisung

von ergänzenden Angaben zu Teilbereichen in den

verschiedenen Epochen ist möglich (ZVO, §3, Absatz 2).

Wird der naturwissenschaftliche Unterricht in den

Einzelfächern erteilt, werden auch die Zeugnisnoten in

den Fächern Biologie, Chemie und Physik gegeben.


4 Lernaufgaben für leistungsheterogene Gruppen

In Kapitel 3 wurden verschiedene Organisationsmodelle

genannt, die eine strukturierte und inhaltlich schlüssige

kontinuierliche Bearbeitung eines Themenfeldes

ermöglichen.

So ein „roter Faden“ für den Unterrichtsverlauf kann in

der gemeinsamen Erarbeitung und Formulierung eines

Unterrichtsanlasses bzw. einer komplexen Aufgabe

oder Frage bestehen. Auf eine als Leitfrage (auch

„Forschungsfrage“ oder „Forschungsziel“) bezeichnete

Aufgabenstellung25 kann im Laufe einer Unterrichtseinheit

immer wieder Bezug genommen werden. Die reflexive

Frage, „Welchen Fortschritt hat uns diese Erkenntnis

im Hinblick auf unsere Frage gebracht?“ führt in der

Auswertung der Versuche und Aufgaben immer wieder

auf die Leitfrage des Unterrichts zurück und dient dazu,

den Lernenden den Sinnzusammenhang und den Nutzen

ihres Erkenntnisgewinns zu verdeutlichen.

Im Rahmen einer solchen gemeinsamen Fragestellung ist

ein differenzierender naturwissenschaftlicher Unterricht,

zum Teil auch inhaltsverschieden, umsetzbar.

Vorschläge für mögliche Leitfragen bzw. Unterrichtsziele

sind auf den Postern für das schulinterne Fachcurriculum

zu allen Themenfeldern zu finden.

Das Finden einer passenden Fragestellung stellt ein

Schlüsselmoment bei der Planung einer Unterrichtseinheit

dar und erfordert eine besondere Sorgfalt, weil sich

aus der Fragestellung ein roter Faden für den weiteren

Unterrichtsverlauf ergeben sollte.

Folgende drei Kriterien („N-N-N“) stellen einen Rahmen

dar, Lernaufgaben in Form einer Fragestellung zu

formulieren, die eine Unterrichtseinheit inhaltlich trägt

und deren umfassende Beantwortung verschiedenste

Kompetenzen auf allen drei Anforderungsbereichen

erfordert:

Neuland Niveau Nutzen

Die Arbeit an der Fragestellung sollte Elemente enthalten, die wahrscheinlich in dieser Form noch nicht bearbeitet wurden. Häufig lässt sich dieses Kriterium dadurch erfüllen, dass persönliche Aspekte oder das eigene Umfeld beleuchtet werden. So kann eine hohe Identifikation mit der Aufgabenstellung entstehen.

Dieses Kriterium schließt aus, dass Unterricht z. B. ausschließlich aus den festen Inhalten eines Lehrbuchs bestehen kann.

Eine geeignete Lernaufgabe erfordert einen tieferen Einstieg in die Thematik, es geht nicht um isolierte Fragestellungen. In jedem Fall ist es notwendig, eine Reihe von Erkenntnissen zu verknüpfen und zu beleuchten, um eine zufriedenstellende Antwort zu erhalten.Die Fragestellung „Warum schwimmt ein Boot?“ wäre nach diesem Kriterium nicht geeignet, weil nur reproduzierende Inhalte (Anforderungsbereich I) ohne jegliche Verknüpfung zur Beantwortung notwendig wären.

Die Ergebnisse zur Beantwortung der Fragestellung können Ausgangspunkt für Handlungen in der Zukunft sein. Anhand derartiger Aufgaben können Schülerinnen und Schülern verantwortlich Entscheidungen für die Gegenwart und Zukunft treffen und abschätzen, um zu lernen, wie sich das eigene Handeln auf die Umwelt, auf die Gesundheit und auf andere Menschen und Lebewesen auswirkt. Dieses ist der zentrale Aspekt Bildung für nachhaltige Entwicklung (BNE, Kapitel 2.2).

Wie können wir für unsere Schule eine Mitmachausstellung mit dem Titel „Luft – mehr als Nichts“ erstellen?

„Wie kann mein persönlicher Fitnessplan aussehen?“

„Wie können wir aus unseren Materialien ein stabiles Boot mit hoher Zuladung bauen?“

„Wie müsste das Essen in unserer Mensa sein, um ein gesundes und schmackhaftes Mittagessen für alle Schüler zu bieten?“

25 Wolfsberger, J.: Die Freiheit, nur ein Detail des Themas zu bearbeiten. Alles auf eine Frage fokussieren. Kapitel 7 in: Frei geschrieben. Mut, Freiheit und Strategie für wissenschaftliche Abschlussarbeiten, 3. Auflage, Böhlau/UTB, Stuttgart 2010, S. 77–85.


4 Lernaufgaben für leistungsheterogene Gruppen


Der sprachliche richtige Umgang mit wichtigen

Fachbegriffen im naturwissenschaftlichen Unterricht

Wie schon in Kapitel 2.5.3 dargestellt, muss der Umgang

mit Fachbegriffen im Unterricht zu einer fachlich korrekten

Nutzung der Begriffe weiterentwickelt werden.

Viele Begriffe sind Bestandteile des Alltags und werden

im Kontext der Situation benutzt und verstanden („Mein

Auto hat wieder mehr Energie verbraucht!“).

Im Unterricht gilt es jedoch weder, die Umgangssprache

zu eliminieren, noch ausschließlich fachsprachlich korrekte

Formulierungen zuzulassen. Beide haben an der richtigen

Stelle ihren Platz. Die umgangssprachliche Formulierung

kann Ansatzpunkt für ein Unterrichtsgespräch sein, bei

dem am Ende eine altersgemäße Formulierung in der

Fachsprache steht. Zumeist beweist auch eine Schülerin

oder ein Schüler durch die Fähigkeit, einen Sachverhalt

umgangssprachlich darzustellen, eine größere

Kompetenz als durch „Nachplappern“ eines Lehrsatzes26.

Im Unterrichtsgespräch können für die Lehrperson

folgende „Stolpersteine“ auftauchen:

∙ Die richtige Bedeutung des Fachbegriffs ist nicht

bekannt.

∙ Die sprachlich falsche Nutzung des Fachbegriffs durch

die Schülerinnen und Schüler wird nicht bemerkt und

nicht korrigiert.

∙ Die Lehrperson nutzt den Fachbegriff selbst

alltagssprachlich und ist so kein sprachliches Vorbild.

In folgenden Themengebieten sind sprachliche

Ungenauigkeiten zu erwarten:

∙ Energie

∙ Wärme

∙ Elektrizitätslehre (Strom, Spannung, Widerstand, Antrieb)

∙ Stoffe (Struktur der Materie)

∙ Chemische Reaktion

∙ Masse und Gewicht

∙ Kraft

∙ Umgang mit Modellen

Als Hilfestellung werden in den folgenden Abschnitten

beispielhaft oft benutzte alltagssprachliche

Formulierungen aufgeführt. Diesen Formulierungen

werden anschließend fachlich in einen korrekten

Zusammenhang gebracht.

Energie

Alltagssprachliche Formulierung:

∙ Energie wird verbraucht.

∙ Energieverlust und Energieerzeugung.

∙ Benzin, Licht, Strom, Nahrung, ... enthalten Energie.

Fachlicht korrekt ist:

∙ Energie ist eine Erhaltungsgröße.

∙ Energie ist an „Träger“ gebunden.

∙ Bei der Überführung von einem Energieträger auf einen

andere treten Verluste auf.

Wärme


∙ Ein Stoff/Gegenstand ist warm/kalt.

∙ Wärme wird zugeführt.

∙ Ein Körper gibt Wärme ab.


∙ Wärme und Kälte sind subjektive Größen.

∙ Temperaturen sind objektive Größen.

∙ Die Temperatur ist ein Maß für die enthaltene Energie.

Elektrizitätslehre


∙ Es fließt ein starker Strom.

∙ Die Spannung ist hoch.

∙ Eine Glühlampe bremst den Strom und gibt dabei Licht

und Wärme ab.

∙ Glühlampen kann man nebeneinander oder

hintereinander einbauen.

∙ Der Stromverbrauch wird gemessen.

III Anhang

26 Landesinstitut für Schulentwicklung (Hrsg.): Knotenpunkte der Naturwissenschaften. Auf dem Weg zu einer gemeinsamen Fachsprache der Naturwissenschaften. Stuttgart: 2006.

ANHANG


∙ Der Energieverbrauch wird am Stromzähler abgelesen.

∙ Der Strom geht den kürzesten Weg.


∙ Die elektrische Stromstärke gibt an, wie viel elektrische

Ladungsträger in einer Sekunde durch den Querschnitt

des Leiters fließen.

∙ Die elektrische Spannung gibt an, wie groß der

Antrieb des elektrischen Stromes durch die

Spannungsquelle ist.

∙ Der elektrische Widerstand eines Bauelements ist ein

Maß für die elektrische Spannung, die erforderlich ist,

um eine bestimmte elektrische Stromstärke durch das

Bauelement fließen zu lassen.

∙ Ein elektrischer Stromkreis ist eine Zusammenschaltung

von elektrischen Energiequellen und elektrischen

Bauelementen durch elektrische Leitungen.

∙ Die elektrische Energie ist die Energie, die mittels der

Elektrizität übertragen oder in elektrischen Feldern

gespeichert werden kann.

Stoff (Struktur der Materie)


∙ Ein Stoff besteht aus kleinen Teilen.

∙ Verbindungen kann man zerkleinern/zerlegen.

∙ Elemente kann man nicht weiter verkleinern.

∙ Ich nehme ganz viel/wenig von dem Stoff.


∙ Man unterscheidet Reinstoffe und Stoffgemische.

∙ Stoffgemische bestehen aus mehreren Reinstoffen.

∙ Es gibt Reinstoffe, die sich durch chemische Verfahren

nicht weiter zerlegen lassen (chemische Elemente)

und Reinstoffe, die sich chemisch in mindestens zwei

verschiedenen Bestandteile zerlegen lassen.

∙ Eine bestimmte Menge eines Stoffes nennt man eine

Stoffportion.

Chemische Reaktion


∙ Bei chemischen Reaktionen erhält man andere Stoffe.

∙ Wenn ich mehr nehme, erhalte ich auch mehr.

∙ Bei der Reaktion wird Wärme frei.

∙ Der Stoff enthält viel Energie.


∙ Chemische Reaktionen sind Stoffumwandlungen,

bei denen Edukte (Elemente oder Verbindungen) in

Produkte (andere Elemente oder Verbindungen) mit

neuen Eigenschaften umgewandelt werden.

∙ In einem geschlossenen System ist die Masse

der Edukte gleich der Masse der Produkte

(Massenerhaltungsgesetz).

∙ Bei chemischen Reaktionen findet ein Energieumsatz statt.

∙ Chemische Energie ist eine Energieform, die in Form

einer chemischen Verbindung gespeichert ist und bei

chemischen Reaktionen freigesetzt werden kann.

Masse und Gewicht


∙ Ein Körper (Eisen) ist schwerer als ein anderer (Federn).

∙ Ein Körper hat ein höheres Gewicht.


∙ Die Masse eines Körpers ist eine Eigenschaft der

Materie. Sie hängt vom Material des Körpers ab. Sie ist

unabhängig vom Ort.

∙ Die Gewichtskraft (das „Gewicht“) ist die Kraft, die

die Erdanziehung auf einen Körper ausübt. Sie ist

ortsabhängig (die Gewichtskraft auf dem Mond ist

geringer).

Kraft


∙ Ich hab´ keine Kraft mehr.

∙ Ein Auto hat mehr Kraft als ein Pferd.

∙ Das Auto wird mit Motorkraft beschleunigt.

∙ Beim Zusammenstoß wirkten ungeheure Kräfte.


∙ Kräfte können Körper verformen oder beschleunigen.

∙ Kräfte wirken in eine bestimmte Richtung.

∙ Kräfte haben unterschiedliche Ursachen: Gewichtskraft,

Reibungskraft, Fliehkraft, ... .

ANHANG


ANHANG

Umgang mit Modellen


∙ Hundeskelett: Das ist ein Hund.

∙ Funktionsmodell eines Motors: Das ist ein Motor, man

sieht, wie er funktioniert.

∙ Atommodell: Atome sind kleine Kugeln.


∙ Man unterscheidet:

∙ Anschauungsmodelle

∙ Funktionsmodelle

∙ Denkmodelle

∙ Modelle bilden nur einen Aspekt eines Originals ab

und dienen dazu, komplexe Sachverhalte vereinfacht

wiederzugeben. Welcher Aspekt des Originals

abgebildet wird, hängt vom Zweck des Modells ab

(Funktionalität).

∙ In naturwissenschaftlichen

Erkenntnisgewinnungsprozess werden Modelle

zweckgebunden genutzt (Modellanwendung).

∙ Modelle sind keine Kopie der Realität. Sie liefern nur im

zweckgebundenen Bereich des Modells Vorhersagen

über die Eigenschaften des Originals (Grenzen von

Modellen).

Diese Aufzählung erhebt keinen Anspruch auf

Vollständigkeit. Die fachsprachlichen Formulierungen sind

nur Formulierungsvorschläge.

Literatur zu diesem Thema:

Knotenpunkte der Naturwissenschaften

Auf dem Weg zu einer gemeinsamen Fachsprache der

Naturwissenschaften: Landesinstitut für Schulentwicklung

Baden-Württemberg, Internet: www.ls-bw.de/

Handreichungen/pub_online/nw1.pdf/download




Date post:	14-Sep-2019
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Ministerium für Schule Leitfaden zu den Fachanforderungen ... · Das Besondere an diesem Konzept...

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