Gymnasium Kirchheim

Kerninformationen

Zukunftsthema: Energetische 8samkeit
Jahrgangsstufe: 8
Beteiligte Fächer: C, Ph

Kontakt

Gymnasium Kirchheim
Heimstettner Straße 3
85551 Kirchheim bei München
Tel.: (0 89) 9 03 10 24
www.gymnasium-kirchheim.de

Beteiligte Projektlehrkräfte

Rosalinde Nürnberger, Torsten Oehl, Christian Link, Volker Bast, Franz Huber, Susanne Strehlow, Tina Wefers, Angelika Matzke

Beteiligte Fächer

Thematischer Überblick

Energetische 8samkeit befasst sich mit den Herausforderungen der Energiewende. Schüler und Schülerinnen der 8. Jahrgangsstufe werden innerhalb eines Schuljahres dazu befähigt, der allgemeinen Diskussion zur „energetischen Zukunft“ Deutschlands zu folgen und sich qualifiziert daran zu beteiligen.

Neben den Grundbegriffen zur Energie spielen hier auch konkrete anwendungsorientierte Fragestellungen wie z. B. zur Energieeffizienz eine Rolle.

Darüber hinaus lernen die Schüler, dass zukunftsträchtige Lösungen der anstehenden Probleme immer auch einen wirtschaftlichen und politischen Aspekt bezüglich ihrer Umsetzbarkeit beinhalten.

Der Unterricht zu den genannten Themenfeldern findet in fächerübergreifenden Lernumgebungen statt (siehe Balken). Dazu werden – episodisch über das Schuljahr verteilt – sowohl, Chemie-, Physik- als auch Profilstunden benutzt.

Die beiden Fachlehrkräfte arbeiten eng zusammen und führen die fächerübergreifenden Einheiten im Rahmen der organisatorischen Möglichkeiten jeweils allein in den Physik- und Chemiestunden bzw. gemeinsam als Lehrerteam durch.

Das Konzept der Lernumgebungen fördert die Eigentätigkeit der Schüler in besonderem Maße, da sie sich den erforderlichen Lehrstoff (gemäß Lehrplan!) materialgestützt zum großen Teil selbst erarbeiten.

Materialien

Auftaktveranstaltung

Die Schülerinnen und Schüler werden für das Thema Energie motiviert. Sie erstellen vorab Poster zu diesem Rahmenthema, welche an diesem Tag den Mitschülern ihrer Jahrgangsstufe präsentiert werden. Zur weiteren Sensibilisierung für aktuelle Fragestellungen folgt ein Vortrag eines externen Referenten zum Thema Klimawandel etc. mit anschließender Diskussion.

Auftaktveranstaltung

Modul 1

Die Schülerinnen und Schüler erlernen den naturwissenschaftlichen Energiebegriff. Dieser wird durch beispielhaftes Aufzeigen verschiedener Energieformen, –umwandlungsvorgänge und der –speicherung strukturiert aufgebaut. Dabei werden ihnen die Zukunftsrelevanz dieser Vorgänge und die Notwendigkeit eines verantwortungsvollen Umgangs mit Energieträgern immer wieder bewusst. Zentrales methodisches Element ist das selbstständige Arbeiten in Lernumgebungen.

Lernumgebung 1: Energie und Spielzeug

Die Schülerinnen und Schüler sollen anhand lebensnaher Beispiele die Bedeutung der Energie als Größe, für die das Erhaltungsprinzip gilt, erkennen. Dies wird zunächst durch die Betrachtung von Energieumwandlungen bei verschiedenen Spielzeugen realisiert und anschließend auf ausgewählte Kraftwerkstypen angewendet. Die Schülerinnen und Schüler werden in dieser ersten Lernumgebung noch sehr stark gelenkt, da sie allmählich an neue Arbeitsmethoden herangeführt werden müssen.

Lernumgebung 2: Innere Energie

Die Schülerinnen und Schüler erkennen mit Hilfe ausgewählter Schülerexperimente, dass Beobachtungen zur Energieumwandlung auf Stoffebene nur durch den Betrachtungswechsel auf Teilchenebene erklärbar sind. Hierbei soll der Energiebegriff weiter mit Inhalt befüllt und verfeinert werden.

Lernumgebung 3: Umwandlung von Aggregatzuständen

Im Mittelpunkt dieser Lernumgebung stehen ein Schülerexperiment und dessen Betrachtung auf Teilchenebene. Dabei beobachten die Schülerinnen und Schüler auf der Stoffebene das Schmelzen und Erstarren von Stearinsäure und finden auf der Teilchenebene eine anschauliche Erklärung. Das Stoff-Teilchenkonzept erleichtert die Vernetzung der Inhalte.

Lernumgebung 4: Potenzielle Energie

Diese Lernumgebung beinhaltet die quantitative Beschreibung der Höhenenergie. Die Schülerinnen und Schüler entwickeln im Schülerexperiment die Formel zu deren Berechnung. Die Erkenntnisse wenden sie auf Wasserkraftwerke an

Modul 2

Durch die Behandlung verschiedener physikalischer und chemischer Aspekte vertiefen die Schülerinnen und Schüler ihr naturwissenschaftliches Hintergrundwissen rund um den Energiebegriff und können so aktuelle Probleme zu den Themen Energieeffizienz, –transport und –speicherung kompetent hinterfragen und diskutieren.

Lernumgebung 1: Aufbau der Atome

Im Mittelpunkt der Lernumgebung stehen der naturwissenschaftliche Erkenntnisprozess und die Einsicht, dass Modelle und Theorien nur so lange Bestand haben, bis sie widerlegt werden. Dies vollziehen die Schülerinnen und Schüler mit Hilfe eines Modellexperiments zum Rutherfordschen Streuversuch (Kern-Hülle-Modell) nach, indem sie ihre eigenen Ideen im Lerntagebuch festhalten und mit den Ergebnissen aus den Versuchen überprüfen.

Lernumgebung 2: Aufbau der Atomhülle

Nach Schülerversuchen zur Flammenfärbung und Spektroskopie verschiedener Lichtquellen informieren sich die Schülerinnen und Schüler über den Zusammenhang zwischen Farbe und Energie des Lichts. Ausgehend von Energieflussdiagrammen stellt sich ihnen die Frage, welche Vorgänge sich bei der Entstehung von Licht im Atom abspielen. Dabei wird ihnen bewusst, dass bei jedem Energieumwandlungsprozess ein Teil der Energie in nicht erwünschte Formen überführt wird, also „verloren geht“.

Lernumgebung 3: Ionisierungsenergie

Diese Lernumgebung beinhaltet eine Einheit szenischen Lernens, in der die Schülerinnen und Schüler aktiv als Elementarteilchen/Kräfte eingebunden sind. Dabei erkennen sie die Zusammenhänge zwischen Ionisierungsenergie und Aufbau der Atomhülle, indem sie die Erkenntnisse aus dem Spiel auf die Teilchenebene übertragen.

Lernumgebung 4: Spannung und Stromstärke

Um die Zusammenhänge zum Themenkreis „elektrische Energie“ zu beschreiben, ist eine genaue Kenntnis der Größen elektrische Spannung und Stromstärke unabdingbar. Diese Lernumgebung dient dazu, die Begriffe, die bereits in der Jahrgangsstufe 7 eingeführt wurden, u. a. an aktuellen Fragestellungen zur Solarenergie wiederholend zu vertiefen und insbesondere die Messung der beiden Größen einzuüben.

Lernumgebung 5: Elektrische Energie im Haushalt

Die Schülerinnen und Schüler spüren im eigenen Haushalt elektrische und elektronische Geräte auf, messen mit einem Energiemessgerät deren Leistungsaufnahme unter verschiedenen Betriebsbedingungen oder deren „Energieverbrauch“. Dabei werden sie auf den Begriff der Energieeffizienz aufmerksam gemacht. Sie berechnen, nach welcher Betriebsdauer sich ein Kühlschrank einer besseren Energieeffizienzklasse amortisiert. Die Auswirkung der eigenen Verhaltensweisen auf Klima und Geldbeutel werden diskutiert.

Lernumgebung 6: Elektrische Energie

In dieser Lernumgebung wird in Erweiterung der Begriffe der mechanischen Energie und Leistung, die abstrakten Begriffe der elektrischen Energie und Leistung eingeführt. Es folgen Aufgaben, die aus dem Lebensumfeld der Schülerinnen und Schüler mit besonderem Blick auf die sparsame Verwendung elektrischer Energie und auf erneuerbare Energien gewählt wurden.

Lernumgebung 7: Metalle und Metallbindung

Ein erweitertes Verständnis für den elektrischen Stromfluss und –transport kann erst durch die Kenntnis der Vorgänge auf Teilchenebene aufgebaut werden. Hierzu werden in dieser Lernumgebung die Begriffe der Metallbindung und der elektrischen Leitfähigkeit eingeführt. Durch die Recherchen zu verschiedenen Metallen / seltenen Erden erfahren die Schülerinnen und Schüler u. a. wie umweltbelastend die Förderung dieser Rohstoffe ist und wie knapp bemessen diese Ressourcen sind.

Modul 3

Lernumgebung: Energiespeicherung heute und morgen

Die Schülerinnen und Schüler erfahren, dass der bevorstehende Klimawandel und die Verknappung fossiler Energieträger zu einer grundlegenden Neuausrichtung der Energieversorgung zwingen. Sie gelangen dabei zu einer der wichtigsten Fragen unserer Zeit: „Welche Möglichkeiten gibt es Energie zu speichern?“

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