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"Steigerung der Effizienz des mathematisch-naturwissenschaftlichen Unterrichts"

An diesem Programm beteiligt sich das Oranke-Gymnasium seit 1998.
Im Rahmen unserer Arbeit entstand unter anderem ein Projekt fachübergreifenden Unterrichts zum Thema "Energie", welches nachfolgend vorgestellt wird.

Fachübergreifender Unterricht zum Thema: Energie und Energieträger (Klasse 10)

Vorüberlegungen:
Im Rahmen des „Sinus-Projektes" an dem das Oranke-Gymnasium seit 1998 mitarbeitet, wurde in den Bereichen Chemie, Physik und Biologie ein Projekt zum fachübergreifenden Unterricht erarbeitet. Dabei galt es zunächst anhand der Rahmenpläne festzustellen, in welcher Klassenstufe ein solches Projekt thematisch überhaupt möglich ist. Die in Klasse 10 zu bearbeitenden Schwerpunkte „Energiegewinnung" (Physik), „Treibhauseffekt – Ozonloch – Sommersmog" (Chemie) und „Evolution" (Biologie) erschienen als besonders geeignet dem Anliegen, gemeinsam fachspezifisch an ein und der selben Thematik zu arbeiten gerecht zu werden. Nach dem Konsens zum Thema wurde der zeitliche Rahmen auf jeweils vier Unterrichtsstunden festgelegt und eine inhaltliche Abstimmung der einzelnen Stundenthemen vorgenommen. Die Schwerpunkte werden im Folgenden vorgestellt.

1. Stunde:

Heizkraftwerk / Blockheizkraftwerk
Aufbau, Energieumwandlung im HKW/KWK
Verschiedene KWK-Systeme (Gegendruck-HKW, Entnahme-KondensationsKW, BHKW)
Vergleich mit WKW und KKW

2. Stunde:

Wirkungsgrad / Wirtschaftlichkeit von KWK – Systemen
Gesamtwirkungsgrad / Brennstoffausnutzung

Wärme- und Strombedarf eines Krankenhauses, einer Schule
Schadstoffemission
Entstaubung durch Elektrofilter

3. Stunde:

Der Benzin-Motor
Aufbau, Wirkungsweise, historische Entwicklungen
Heizwert von Brennstoffen

4. Stunde

Das energiearme Auto der Zukunft
Wirkungsgrad und Kühlung
Verminderter Fahrwiderstand
Sparsame Motoren
Alternative Kraftstoffe

(verantwortlich für die Planung: Herr M. Landt)

1. Stunde:

Belastung der Atmosphäre durch Emissionen
Begriffsbestimmungen: Energie [ energeia = Tatkraft, Kraft, die tätig wird,(?)
Energiearten, Energieumwandlung, Energieproduktion, Energieverlust, Energiewirtschaft, Energieverbrauch. Energiepolitik, Energieeinsparung und Energieentwertung

Bezugnahme: Wie arbeitet ein Kohlekraftwerk ? (Physik) ? Keine Stromversorgung auf der Basis fossiler Rohstoffe ohne Emission Emission – Immission, Primärenergieverbrauch der BRD bis 2010. Belastung der Atmosphäre durch Emissionen aus Wärmekraftwerken und Verkehr, (Verbrennungsmotor)

Hauptkomponenten SO2, NO, N02 ,CO. C02 .Stäube (Entstaubung durch Trocken- bzw. Nasselektrofilter{Physik}), KW und O3 Luftschadstoffe und deren Auswirkung auf Lebewesen (Biologie)

2. Stunde:

Rauchgasreinigung in Wärmekraftwerken am Beispiel von zwei ausgewählten Verfahren (1. Uhde-Verfahren und 2. Rauchgasreinigung im Wirbelschichtverfahren)
Forderungen der Agenda 21, Sustainable Development (Nachhaltige, zukunftsverträgliche Entwicklung), Problemlösungen Wesen der Verbrennung. Freisetzung von Produkten und Wärmeenergie Chemische Reaktionen, Aufstellen bzw. vervollständigen von Reaktionsgleichungen für beide Verfahren (Langfristige SE : Physik: Erstellung einer Staubkarte, Chemie: Wirkung von SO₂ auf Kresse [Evt. Biologie(?)l Rauchgasentschwefelung im LDE

3. Stunde:

Reaktionen durch Luftschadstoffe in der Atmosphäre am Beispiel London-Smog
Reaktionen ,die in der Luft ablaufen, Zusammenwirkung verschiedener Komponenten im LA.-Smog, photochemische Reaktionen in ihrem Wesen maßgeblicher Stickstoffdioxid bzw. Stickstoffdioxid-Ozonzyklus, Demonstration von NO und N0₂

4. Stunde:

Kraftfahrzeugabgase, ihre Zusammensetzung und Überführung der schädlichen Komponenten in ungefährliche Stoffe, Wesen eines Abgaskatalysators
Wirkungsweise eines Katalysators, heterogene Katalyse Verringerung des Gehalts an Stickoxiden in Rauchgasen durch V₂O₅, Bau und Funktionsweise eines Abgaskatalysators.

(verantwortlich für die Planung: Herr E. Schult)

1. Stunde:

Entstehung fossiler Brennstoffe

Wiederholung zum Thema Evolution – geologische Zeittafel – Lebensformen des Karbons und Tertiärs – Bedingungen für die Bildung und Fossilisierung organischen Materials – Inkohlung und Erdöl /-gasbildung

2. Stunde:

biogene Entstehung der rezenten Atmosphäre

Wiederholung zum Thema Photosynthese – CO₂-Fixierung und Sauerstoffproduktion – Veränderung der Uratmosphäre – Bedeutung der grünen Pflanzen

3. Stunde:

Wirkung von Luftschadstoffen auf Organismen

Experimenteller Nachweis der Wirkung von SO² auf Pflanzen – Chlorosen – Bildung und Auswirkung von „Saurem Regen" – „Waldsterben" und ökologische Konsequenzen, inklusive Bodenerosion und Sekundärfolgen – globale Entwicklungen

4. Stunde:

Regenerative Energiequellen – Nachwachsende Rohstoffe

Bedeutung von Raps als „Quelle" für „Bio-Diesel" – Herstellung von Biogas – Möglichkeiten der Energieeinsparung durch Änderung der Lebens- und Verhaltensweisen

(verantwortlich für die Planung: Herr Dr. J. Robel)

Hintergrund des Sinus-Projekts
Die Ergebnisse der TIMSS-Studie haben in Deutschland starke öffentliche Resonanz gefunden. Im Blickpunkt standen die Ergebnisse des internationalen Leistungsvergleichs, bei dem die deutschen Schülerinnen und Schüler im Mittelfeld lagen. Die detaillierten Befunde, die von der Arbeitsgruppe um J. Baumert vorgelegt wurden, gewinnen jedoch unter bildungstheoretischen Gesichtspunkten besondere Bedeutung. So zeigt der deutsche TIMSS-Bericht zum Beispiel, dass relativ große Anteile der Schülerinnen und Schüler hierzulande besondere Schwierigkeiten mit anspruchsvolleren Aufgaben und Problemstellungen haben, die konzeptuelles Verständnis voraussetzen. Die Leistungsheterogenität ist ungewöhnlich groß; bei einem nennenswerten Anteil der 7. und 8. Jahrgangsstufe liegt das Leistungsniveau nicht über dem der Grundschule. In der längsschnittlichen Betrachtung sind in Deutschland relativ geringe Kompetenzzuwächse zu verzeichnen. Das Interesse an naturwissenschaftlichen Inhalten und Fächern nimmt über die Schulzeit ab; im Vergleich zu den Jungen neigen die Mädchen dazu, ihre mathematisch - naturwissenschaftlichen Fähigkeiten zu unterschätzen.
Durch die Pisa-Studie wurden o.g. Ergebnisse letztendlich bestätigt und haben damit um ein weiteres Mal den Handlungsbedarf aufgezeigt.

Mehr Informationen zum Sinus-Projekt

Mehr Informationen zur Pisa-Studie

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