MNU-Bundeskongress 2011 in Mainz

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Vorträge - Fachübergreifend

Freitag, 8. April 2011

Concept Maps als Instrument zur Diagnose und individuellen Förderung in der Techniklehrerausbildung

Referent: J.Schubert, Dr. C.B.Nakhosteen, Dortmund
Datum:
Freitag, 8.4.2011
Dauer
: 8.30 – 9.15
Ort:
Muschel N3

Individuelle Förderung als Schlagwort ist zum festen Bestandteil bildungspolitischer Debatten geworden. So wurde beispielsweise in Nordrhein-Westfalen das Recht auf Bildung, Erziehung und individuelle Förderung sogar im Schulgesetz [1] verankert und ein Gütesiegel „Individuelle Förderung“ eingeführt [2]. Voraussetzung für die Umsetzung dieser Forderung ist jedoch die Fähigkeit von Lehrkräften, Lernende zutreffend einzuschätzen. Diagnose soll in diesem Sinne also nicht primär der Leistungsbewertung dienen, sondern vielmehr dem Erkennen von Lernschwierigkeiten und Lernbegabungen während des Lernprozesses. Sie wird somit zur wesentlichen Voraussetzung für individuelle Förderung.

Im Rahmen des Vortrags wird ein Einblick in ein Promotionsvorhaben gegeben, das sich mit der Diagnose und Förderung von Strukturierungskompetenz befasst. Die Fähigkeit, Wissen zu strukturieren und wechselseitige Abhängigkeiten zu erkennen, hat in der fachwissenschaftlichen Ausbildung von Lehramtsstudierenden des Faches Technik eine besondere Bedeutung, da das Fach Technik durch die Interdisziplinarität zwischen Entstehungs-, Sach- und Verwendungszusammenhängen seiner Objekte gekennzeichnet ist [3]. Die Beurteilung und Förderung mittels Concept Maps (Begriffslandkarten, Netzwerke, die aus Begriffen eines Themenbereichs bestehen und Verbindungen zwischen diesen aufzeigen) wird bislang nur vereinzelt im Unterricht eingesetzt [4]. Gegenstand des Vortrags ist ein Erfahrungsbericht, der sowohl die Implementierung des Concept Mapping-Verfahrens in den regulären Unterricht als auch die Akzeptanz des Werkzeuges bei den Lehramtsstudierenden reflektiert. Zusätzlich werden aus den empirischen Arbeiten abgeleitete Hinweise für Lehrende im Umgang mit dem Verfahren vorgestellt.

[1] vgl. §1 (1) Schulgesetz NRW
[2] vgl. Schulministerium NRW
[3] vgl. Ropohl (1999): Allgemeine Technologie. Eine Systematik der Technik. München: Hanser, S. 43
[4] Peuckert (1999): Concept Mapping – Lernen wir unsere Schüler kennen! In: Physik in der Schule 37 (1999) 1

 

Welche Anforderungen stellen Unternehmen an die Schulabgänger der Zukunft?

Referent: M. Bell, Walldorf
Datum:
Freitag, 8.4.2011
Dauer
: 12.15-13.00
Ort:
Muschel N1

Der Vortrag soll darstellen, welche Anforderungen heutzutage von Unternehmen aller Branchen an Schulabgänger gestellt werden. Es wird dargestellt, welche Qualifikationen den Schulabgängern oft fehlen, die aber wesentlich für den Erfolg im beruflichen Leben sind. Im Vortrag und in der Diskussion sollen Vorschläge gemacht und erarbeitet werden, wie Lehrer hier bessere Grundlagen schaffen können, eventuell auch in Zusammenarbeit mit Unternehmen. Die Anforderungen gehen über den MINT Bereich hinaus.

 

Mechatronik - Mathematik für intelligente Maschinenbewegungen

Referent: Prof. Dr. E. Hasenjäger, Bingen
Datum:
Freitag, 8.4.2011
Dauer
: 12.15-13.00
Ort:
Muschel N3

Technisch-naturwissenschaftliche Entwicklungen sind häufig mit neuen Wortschöpfungen verbunden, so taucht im Jahr 1969 der Begriff mechatronics als Kombination von mechanics und electronics erstmalig in Japan auf. Heute ist die Mechatronik weltweit als multidisziplinäres Gebiet der Ingenieurwissenschaften eingeführt und steht für einen ganzheitlichen Ansatz bei der Entwicklung von integrierten Systemen mit mechanischen, elektronischen und informationstechnischen Komponenten.

Neben der räumlichen Integration von Mechanik und Elektronik befasst sich die Mechatronik mit dem hochwertigen, geregelten Bewegungsverhalten von Maschinen, Geräten und Fahrzeugen. Der Vortrag zeigt an Beispielen die Bedeutung der Mathematik bei dieser intelligenten Bewegungserzeugung.

Bewegte mechanische Systeme besitzen meist mehrere Freiheitsgrade, sie sind träge und reibungsbehaftet, neigen aufgrund von Elastizitäten zu unerwünschten Schwingungen oder besitzen in den Koppelstellen störendes Lagerspiel. Hier treffen Ingenieure bei der mathematisch-physikalischen Modellierung der Dynamik auf die erste mathematische Herausforderung. Die zweite mathematische Herausforderung besteht in der Berechnung eines geschlossenen Wirkungskreises mit Sensoren, Aktoren und informationsver­arbeitenden Prozessoren, um der „unzulänglichen“ Mechanik völlig neue, dynamisch verbesserte Eigenschaften zu verleihen.

Der Vortrag zeigt an Beispielen, welcher mathematischen Methoden sich Ingenieure in der Mechatronik bedienen, wenn sie Maschinendynamik beschreiben und verbesserte Dynamik erzeugen. Gestiegene Leistungsfähigkeit von Hardware und Software machen heutzutage faszinierende Umsetzungen von mathematischen Verfahren im laufenden Technikprozess, also in Echtzeit, möglich. Die Mathematik dynamischer Systeme empfinden Studierende anspruchsvoll, die sichtbare Umsetzung in funktionierende Technik ist aber auch sehr motivierend.

 

Interaktive Simulationen mit Mathematica

Referent: A. Wölfer, Prof. H. Henning, Magdeburg
Datum:
Freitag, 8.4.2011
Dauer
: 14.00-14.45
Ort:
ReWi RW2

Der Vortrag soll eine Einführung in interaktive Simulationen, die mit Mathematica erstellt sind, geben. Es wird gezeigt, wie man die Simulationen mit dem kostenlosen Mathematica Player abspielt. Am Ende des Vortrags sollte jeder Besucher die Fähigkeiten besitzen, selbst interaktive Simulationen aus einer großen Onlinebibliothek auszuwählen und zu nutzen. Die Möglichkeiten der Simulationen werden beispielhaft für die Fächer Mathematik, Physik, Astronomie und Geographie veranschaulicht. Fächerübergreifende Aspekte und die Verknüpfung mit modernen Medien und Technologien werden vorgeführt. Der Vortrag findet an einer interaktiven Tafel statt.

Im ersten Teil wird das Computer Algebra System Mathematica und der kostenlose Mathematica Player vorgestellt. Es wird live gezeigt, wie man in weniger als einer Minute eine interaktive Simulation für den Mathematikunterricht erstellen kann.

Das erste Beispiel zeigt den Einfluss der Multiplikation einer Konstanten auf verschiedene aus der Schule bekannte Funktionen. Ein weiteres Beispiel generiert verschieden magische Quadrate. Was ist die Mathematik dahinter? Wie lange benötigen die Schüler, um das Geheiminis zu entdecken?

Auch ohne Vorwissen und Erfahrungen ist es möglich, dass jeder interaktive Simulationen im Unterricht einsetzt. Der zweite Teil beschäftigt sich damit, wie man aus einer großen Bibliothek von interaktiven Simulationen die Passende findet und startet.  In verschiedenen Beispielen aus den Bereich Astronomie und Physik wird der mögliche Einsatz in Schulen vorgestellt.

Eine Simulation veranschaulicht die Mondphasen, eine Weitere die Stellung von Sonne, Erde und Mond bei Mond- bzw. Sonnenfinsternis. Es wird gezeigt, wie in Echtzeit die dreidimensionalen Grafiken manipuliert werden können. In der letzten Simulationen wird der Frage nachgegangen, wie alt man auf einem anderen Planeten unseres Sonnensystems wäre.

Der dritte Teil bearbeitet fächerübergreifende Fragestellungen.  Eine Schnittstelle zwischen den Fächern können dabei interaktive Simulationen sein. An Beispielen wird gezeigt, wie der Geographieunterricht zum Einen stille Beiträge zur mathematischen Kompetenzbildung leisten kann und zum Anderen die Mathematik einen Beitrag zur Vertiefung von geographischem Wissen leisten kann.

Eine Simulation nutzt aktuelle Wetterdaten, um Aufgaben zur Bestimmung von statistischen Kenngrößen zu erstellen. Eine Weitere zeigt, wie verschiedenes statistisches Material dargestellt werden kann.

Im letzten Abschnitt werden Möglichkeiten der Verknüpfung interaktiver Simulationen mit modernen Medien und Technologien vorgestellt. Im Zentrum der Untersuchungen stehen Schüleraufträge und die Auseinandersetzung mit realistischen und aktuellen Daten. Ziel ist es mit geringem Mehraufwand ein Thema vielfältiger und tiefer zu untersuchen und für Schüler relevanter zu gestalten.

Am Beispiel einer Simulation, die die seismologische Aktivität in Deutschland darstellt, wird im Anschluss die aktuelle Aufzeichnung im Taunus angeschaut. Aber auch der Vortrag wird nicht frei von Erschütterungen sein, die natürlich sichtbar gemacht werden.

Die Simulationen werden an einer interaktiven Tafel von SMART Technologies vorgeführt.

 

Modellbildung mit neuronalen Netzen
Lernen, Simulieren, Regeln, Steuern, Entscheiden

Referent: Prof. Dr. D. Kilsch, Bingen
Datum:
Freitag, 8.4.2011
Dauer
: 15.00-15.45
Ort:
ReWi RW2

Neuronale Netze sind inzwischen Bestandteil vieler technischer Problemlösungen. Sie erkennen Muster, simulieren, regeln, steuern und entscheiden. Sie identifizieren Fingerabdrücke, erkennen Asbestflocken auf Rohrwänden, die von Robotern dann geschluckt werden. Sie identifizieren Düfte, steuern Autos (Projekt autonomes Auto) und lenken Roboter um Hindernisse.

Der Einsatz neuronaler Netzen unterscheidet sich deutlich von der traditionellen Vorgehensweise in der Technik, in der ein Problem durchdrungen wird und aus dem Problemverständnis ein Algorithmus zur Lösung entworfen wird. Neuronale Netze lernen das Systemverhalten aus Beispieldaten und können dieses dann simulieren. Das Systemverhalten muss nicht durchdrungen werden, aber es müssen Messdaten vorliegen. Voraussetzung für ein gutes Training eines neuronalen Netzes ist das Festlegen der relevanten Einflussgrößen auf das System.

Der Einsatz neuronaler Netze beruht auf der Abstraktion des (technischen) Systems auf die Betrachtung seiner Ein- und Ausgabedaten. Dieser Zusammenhang muss funktional sein: die Ausgabedaten sind eine Funktion der Eingabedaten. Diese vektorwertige und multivariate Funktion soll mit dem vorgestellten vorwärtsgerichteten Schichtenmodell gelernt werden.

Das Lernen basiert auf den zur Verfügung stehenden Messdaten. Andere bekannte Verfahren, diese Funktion näherungsweise zu finden, sind die Ausgleichsrechnung oder Regressionsanalyse, die jedoch "lediglich" von vorgegebenen Funktionen (z.B Monome bis zu einem bestimmten Grad oder trigonometrische Funktionen) die am besten geeignete Linearkombination bestimmen. Neuronale Netze verlassen diese Restriktionen und bauen aus einfachen Funktionen, z.B. sigmoide (oder s-förmige) Funktionen, nicht-lineare Kompositionen auf.

Im Lernvorgang werden für die unterschiedlich gewichteten Anteile in dieser Kom­position optimale Gewichte gesucht, natürlich mit dem Ziel, die Differenzen zwischen Messwerten und Berechnungen des neuronalen Netzes möglichst klein zu erhalten. Dieser Lernvorgang beruht auf der Differentialrechnung multivariater Funktionen. Ich werde ihn in meinem Vortrag diskutieren und die Probleme dieser Optimierung anschaulich erläu­tern.

Zusätzlich werde ich auf die Bewertung neuronaler Netze, also ihren Lernerfolg, auf der Grundlage der vorhandenen Daten eingehen und natürlich Anwendungen aus unterschied­lichen technischen Bereichen vorstellen. Hierzu zählen Beispiel aus der Automobilindustrie (Unfallerkennung, Komforterhöhung im Cabrio), der Energieversorger (Vorhersage des Stromverbrauches von Großabnehmern) und der Sensorik.

Literatur

[1]  KILSCH, D.: Neuronale Netze. FH Bingen, SS 2010. http://www.fh-bingen.de/ ~kilsch/lehrvera/Sowa/Skr2.pdf.
[2]  ROJAS, R.: Neuronal Networks: a systeinatic introduction. Springer, New York, 1996.

 

Samstag, 9. April 2011

u.a. Schwerpunkt Außerschulische Lernorte

Schülerlabornetzwerke – Stärken und Schwächen regionaler oder bundesweiter Netzwerke

Referenten: Dr. T. Wendt, Dr. W. Hansch, Dr. C. Sichau, Heilbronn
Datum:
Samstag, 9.4.2011
Dauer
: 8:30-9.15
Ort:
ReWi RW2

Die Durchführung aktueller wissenschaftlicher Experimente im Schulunterricht scheitert häufig an der unzureichenden Ausstattung moderner Geräte, mangelnder Kenntnisse der Lehrkräfte, zu aufwendige Vor- und Nachbereitung oder schlichtweg aus Sicherheitsgründen. Somit haben Schüler oftmals keine Möglichkeit, sich vor der Entscheidung für eine Ausbildung oder einen Beruf im naturwissenschaftlich-technische Bereich dieses genauer anzuschauen oder gar vorab zu „schnuppern“.

Diese Lücke konnte in den letzten Jahren durch zahlreiche Initiativen in Form von Schülerlaboren an Hochschulen, Forschungseinrichtungen und anderen außerschulischen Bildungsträgern zumindest teilweise geschlossen werden. Schülerlabore stellen mittlerweile eine wesentliche Komponente bei der Vermittlung moderner Forschung im Bildungssystem dar. Der Besuch außerschulischer Lernorte wird von Seiten der Kultusministerien sehr begrüßt.

Häufig steht jedoch die finanzielle Unterstützung dieser Schülerlabore auf sehr wackeligen Beinen und gerade in der Startphase ist die Kontaktaufnahme mit den Lehrkräften recht schwierig. Mit ein Grund dafür, dass sich zahlreiche Schülerlabore in kleineren und größeren Netzwerken zusammengeschlossen haben. Wir wollen in diesem Vortrag die Stärken und Schwächen einiger beispielhafter Netzwerke vorstellen und aufzeigen, wie man diese Netzwerken sinnvoll nutzen und sich gegenseitig unterstützen kann.

 

Jungforscher werden am Heidelberger Life-Science Lab – Wissenschaftspropädeutische Nachwuchsförderung am DKFZ

Referentin: Dr. K. Platzer, Heidelberg
Datum:
Samstag, 9.4.2011
Dauer
: 9:45-10.30
Ort:
ReWi RW2

Das Heidelberger Life-Science Lab ist eine Einrichtung des Deutschen Krebsforschungszentrums (DKFZ, Heidelberg) und hat die Förderung mathematisch und naturwissenschaftlich-technisch besonders interessierter und begabter Mittel- und Oberstufenschüler und Studenten zur Aufgabe. Der Schwerpunkt ist auf die Life-Sciences gerichtet, die den Standort in besonderem Maße prägen. Zugleich sollen Lernprozesse eingeleitet werden, die zur Entwicklung fächerübergreifender Kompetenzen und bildungsrelevanter Persönlichkeitsmerkmale beitragen. Grundlage und Ziel ist ein selbständiges, verantwortliches Engagement, Freude an Entdeckungen und konstruktive Zusammenarbeit. Im Heidelberger Life-Science Lab werden neue didaktische Ansätze wie Partizipation an authentischen Forschungs- und Entwicklungstätigkeiten, Vermittlung fachspezifischer Repräsentations- und Diskursformen und kollaboratives Lernen in wissensbildenden Gemeinschaften erprobt.

Die Förderung umfasst ein außerschulisches Programm in Form von vier Bildungslinien:

(1) In öffentlichen Freitagsvorlesungen soll die Neugierde der Schüler geweckt werden. Die Vortragsthemen wechseln zwischen naturwissenschaftlichen, lerntheoretischen und philosophischen Inhalten.

(2) Die Kernarbeit wird in Arbeitsgruppen geleistet, in denen die Schüler unter mentorieller Leitung je eines Wissenschaftlers, Lehrers und Studenten selbst Ort, Zeit und Inhalt der kollaborativen Projektarbeit bestimmen. Derzeit sind 20 Arbeitsgruppen eingerichtet, die an authentischen Forschungstätigkeiten wissenschaftspropädeutisches Arbeiten erlernen: Archäologie, Astrophysik, Biochemie, Biophysik, Chemie, Infektionsbiologie, Informatik, Klimaphysik, Kunst, Mathematik, Molekularbiologie, Neuropsychologie, Medizin, Pharmazie, Philosophie, Quantenphysik, Robotik, Synthetische Biologie, Wirtschaft, Zoologie.

(3) In Wochenendseminaren werden Themen behandelt, die die Arbeit der Arbeitsgruppen ergänzen und erweitern.

(4) Nationale und internationale Ferienakademien ermöglichen den Teilnehmern, die erworbenen Fähigkeiten im internationalen Kontext einzuordnen. Im Jahr 2007 wurde im Rahmen der International Science Academy Estland erstmalig ein grenzenüberschreitendes Austauschprojekt in Kooperation mit der Teaduskool der Universität Tartu, der landesweiten Begabtenförderung Estlands, durchgeführt. Seit 2003 gestalten die Abiturienten des Life-Science Labs alle zwei Jahre eine vierwöchige Akademie mit Laborpraktika an den Universitäten in Stanford und Berkeley.

Jeder Schüler kann in den Jahrgangsstufen 9 bis 13 kontinuierlich teilnehmen. Die Teilnahme ist freiwillig und endet mit dem Abitur. Die Abiturienten können als Alumni weiterhin am Projekt arbeiten und ihre Erfahrungen als studentische Mentoren zurückgeben. Seit 2005 wird das Projekt durch den studentischen Verein der Alumni des Heidelberger Life-Science Lab unterstützt, der die Ehemaligen-Aktivitäten bündelt und die Vernetzung der ehemaligen Teilnehmer fördert.

Schüler ab der Klasse 8 können sich mit einem Eigenvortrag über ein selbst gewähltes Thema bewerben, dieser wird mit einem Auswahlgremium aus Projektmentoren und Fachreferenten diskutiert. Es gibt keinerlei Aufnahmequoten.

Von grundlegender Bedeutung ist die Forschungseinbindung, die dadurch gewährleistet, dass die betreuenden Mentoren aktive Wissenschaftler des DKFZ, des EMBL, der Universitäten Heidelberg und Mannheim sowie der ansässigen Max-Planck-Institute sind. Das Heidelberger Life-Science Lab wird zudem durch zahlreiche Kooperationspartner aus Wissenschaft, Wirtschaft und dem öffentlichen Raum unterstützt und arbeitet mit dem Bundesministerium für Bildung und Forschung zusammen. 2009 wurde das Heidelberger Life-Science Lab mit dem Hauptpreis „Schule trifft „Wissenschaft“ der Robert-Bosch-Stiftung ausgezeichnet.

 

Projektkooperationen Schule-Hochschule am Beispiel des Goethe-Schülerlabors Frankfurt

Referent: Prof. Dr. A. Lühken, Frankfurt
Datum:
Samstag, 9.4.2011
Dauer
: 11.00-11.45
Ort:
ReWi RW2

Das Goethe-Schülerlabor Chemie & Physik der Universität Frankfurt am Campus Riedberg bietet seit zwei Jahren Schulklassen, Kursen, Schülerarbeitsgemeinschaften und auch einzelnen SchülerInnen unterschiedliche Möglichkeiten an, naturwissenschaftliche Themen im Labor zu bearbeiten. Dabei steht das selbstständige Experimentieren im Mittelpunkt. Das Angebot reicht von halbtägigen „Thementagen“ bis zu mehrjährigen Einrichtungen, wie dem „NaWi-Konservatorium“. Langfristige und feste Kooperationen zwischen Schülerlabor und Schulen zeigen dabei einen besonders nachhaltigen Erfolg bei der Förderung des naturwissenschaftlichen Experimentierens bei SchülerInnen. Das Goethe-Schülerlabor hat dazu verschiedene Projekte für Schülerarbeitsgemeinschaften konzipiert und führt diese erfolgreich durch.

Genauso bedeutend wie die Förderung von SchülerInnen ist die Aufgabe des Goethe-Schülerlabors in der Lehrerbildung. Lehramtsstudierende aller Schulformen erhalten die Möglichkeit im Rahmen von Lehrveranstaltungen und auch außerhalb des Semesters, praktische Erfahrungen in Lehr-Lern-Situationen mit SchülerInnen zu sammeln und diese mit Lehrenden in den unterschiedlichen Aspekten der Fachdidaktik zu reflektieren. Besonders längerfristige Projekte, an denen Lehramtsstudierende beteiligt werden können, zeigen nachhaltige positive Effekte in der Ausbildung von Lehramtsstudierenden. Studierende werden im Goethe-Schülerlabor zunehmend mit in die Betreuung von mehrwöchigen Kooperationsprojekten einbezogen, die ihnen Arbeitskontakte mit Schulen ermöglichen.

In der fachdidaktischen Forschung kommt dem Schülerlabor als einem außerschulischen Lernort ein bedeutendes Interesse zu. Für die Untersuchung von Lehr-Lern-Prozessen erweist sich das Goethe-Schülerlabor als ausgezeichneter Ort zur Durchführung experimenteller und quasi-experimenteller Studien. Im Rahmen von Studienarbeiten und Promotionsvorhaben und in einem Untersuchungsprogramm wurden bereits unterschiedliche konzeptionelle und empirische Studien durchgeführt.

Im Vortrag werden an Projektbeispielen des Goethe-Schülerlabors der Universität Frankfurt verschiedene Konzepte und Formate vorgestellt und in ihrer Bedeutung für die Schulförderung, Lehrerbildung und Forschung diskutiert.

 

Außerschulische Lernorte. Wie können Lerneffekte optimiert werden?

Referent: A. Schautz, Wolfsburg
Datum:
Samstag, 9.4.2011
Dauer
: 12.15-13.00
Ort:
ReWi RW2

Außerschulische Lernorte können gezielt zur Ergänzung des schulischen Lernens eingesetzt werden. Der Besuch eines außerschulischen Lernortes kann dabei sowohl als Einstieg in ein neues Thema, zur Erarbeitung spezifischer Teilaspekte oder als Abschluss einer Lerneinheit sinnbringend und motivierend für die Lernenden sein. Für eine Optimierung des Lernerfolgs spielt die Anschlussfähigkeit an das bestehende Vorwissen eine entscheidende Rolle, da neues Wissen durch die Verknüpfung mit bereits bestehendem Wissen entsteht (Moschner, 2003). Je nach Schwerpunktsetzung und Strukturierung des Lernangebots kann deshalb eine methodische oder inhaltliche Vorbereitung für den Besuch eines außerschulischen Lernortes in hohem Maße lernförderlich sein. Das eigene Kompetenzerleben ist ein wichtiger Aspekt der (Lern-)Motivation, die eine Voraussetzung für Lernprozesse ist. In einer empirischen Studie im Biologiebereich des Science Centers phæno  wurde das Kompetenzerleben von Freizeitbesuchern und Schülern, denen vorwissensangepasste Orientierungspfade angeboten wurden, untersucht. Der Aspekt der Anschlussfähigkeit an das bestehende Vorwissen soll hierdurch näher beleuchtet werden und mögliche Hinweise auf die Gestaltung lernförderlicher Angebote geben. Im Rahmen des Vortrages werden Ergebnisse dieser Studie vorgestellt und darüber hinaus am Bespiel des außerschulischen Lernortes phæno Möglichkeiten der gezielten Vorbereitung der Lehrenden sowie der Lernenden auf einen Ausstellungsbesuch diskutiert.

Literatur:

Moschner, B. (2003). Wissenserwerbsprozesse und Didaktik. In: B. Moschner, H. Kiper & U. Kattmann(Hrsg.). PISA 2000 als Herausforderung. Perspektiven für Lehren und Lernen. Baltmannsweiler: Schneider Hohengehren

 

Schulprojekte beim Turm der Sinne

Referenten: R. Pausenberger, R. Mitschke, Nürnberg
Datum:
Samstag, 9.4.2011
Dauer
: 15.00-15.45
Ort:
ReWi RW2

Der turmdersinne ist ein Museum in einem Nürnberger Stadtmauerturm mit interaktiven, wissenschaftlich fundierten Experimenten zum Anfassen. Sie machen Ergebnisse aus Wahrnehmungs- und Hirnforschung für Schülerinnen und Schüler am sich selbst be-greifbar. „Wahrnehmung am eigenen Leib“ ist dabei sowohl Inhalt als auch Methode.
Sie ist ein aktiver Prozess: Menschen haben Erlebnisse, machen Erfahrungen und ziehen daraus Schlüsse - die meisten sogar unbewusst. Viele der Schlüsse sind verlässlich, andere falsch. Aus ihnen formen wir unser Weltbild: Das, was wir für wahr halten.
Die Erfahrung der eigenen Täuschbarkeit schult und fördert das kritische Denken im Alltag. Sie macht die Relevanz naturwissenschaftlicher Arbeitsmethoden für den Gewinn verlässlicher Erkenntnis auf dem Niveau der Sekundarstufe deutlich.
Die mobile Hands-on Ausstellung tourdersinne bringt die Exponate in die Schulen und schafft vor Ort ein einmaliges Lernumfeld für die intensive inhaltliche Auseinandersetzung mit den verschiedenen Aspekten der Wahrnehmung: Von naturwissenschaftlichen Grundlagen bis zu philosophisch und gesellschaftlich relevanten Fragestellungen. Erleben, Staunen und Be-greifen garantiert!

Für Schulen bieten wir einen Koffer mit Experimentiermaterial an, die boxdersinne, mit der die Schülerinnen und Schüler ebenfalls Experimente zu ihrer Wahrnehmung durchführen können.

Außerdem sind in Zusammenarbeit mit dem turmdersinne verschiedene Projekte möglich, von unterrichtsbegleitenden Einheiten über Wahlunterricht bis zu Seminaren in der Oberstufe

 

Spiralen in Kunst und Natur – ein mathematisches Phänomen für „vernetztes“ Lernen

Referenten: Prof. Dr. H. Henning, N. Groh, Magdeburg
Datum:
Samstag, 9.4.2011
Dauer
: 15.00-15.45
Ort:
Muschel N2

Nicht nur Mathematiker wie Archimedes, Cavalieri, Fermat, Descartes und Bernoulli waren von Spiralen fasziniert. Künstler wie Albrecht Dürer, Vincent van Gogh u.v.a. haben sich intensiv mit diesen ganz besonderen Kurven auseinandergesetzt. In der Höhlenmalerei waren sie schon zu finden und auch heute sind Spiralen in Kunst und Architektur  ein beliebtes Motiv, wie Kunstwerke von Johannes Itten, Vincent van Gogh oder Gustav Klimt zeigen. Naturphänomene, wie die spiralförmigen Fruchtstände von Sonnenblumen und Tannenzapfen, Formen von  Muscheln, Spiralnebel und Wasserstrudel werden durch  Spiralen modelliert. Als "mathematische Objekte" sind Spiralen  sehr vielfältig und für den Mathematikunterricht von besonderer Relevanz, um zum Beispiel Zusammenhänge zwischen Geometrie (Konstruktionen nach Dürer) und Analysis (Nutzen von Polarkoordinaten) aufzuzeigen. Die MINT -Fächer (Physik, Biologie, Chemie) aber auch Kunst, Ethik und Musik  können durch Spiralen als Kurven in einem fächerübergreifenden und Fächer verbindenden Unterricht vernetzt werden. Besonders interessant dabei sind Verbindungen zwischen Fibonacci-Zahlen  „Goldener Schnitt“ und die logarithmische Spirale u.a. als Erklärungsmodell für Wachstumsprozesse von Pflanzen und deren „Genetischen Code“ (Phyllotaxis). Die Präsentation zeigt einUnterrichtsprojekt mit Schülern einer 11. Klasse, stellt (künstlerische) Ergebnis der Projektarbeit und  Experimente zu Spiralen  sowie ein erarbeitetes Schüler-Lehrer-Material vor

 

Schwerpunkt Energie - Technik


Energieoptimierung im Auto

Referent: Prof. Dr. R.C. Tiemann, Bingen
Datum:
Samstag, 9.4.2011
Dauer
: 8:30-9.15
Ort:
Alte Mensa, Audimax

Die umfangreichen Diskussionen aus Politik, Gesellschaft und Wissenschaft zum nachhaltigen Umweltschutz endet zurzeit stets mit dem Ziel der weiteren CO2 – Reduktion. Die Autoindustrie stellt sich dieser Herausforderung durch umfangreiche Maßnahmen wie energieoptimierte Klimaanlagen, Tageslichtsysteme und diverse Antriebskonzepte. Die Elektrifizierung des Autos greift so stark um sich, dass neben Start-Stopp-Anlagen auch Hybridautos bis hin zu reinen Elektroautos auf dem Markt angeboten werden. Die Möglichkeiten der CO2 – Reduktion durch das Bremssystem waren bisher eher sekundär.

Durch den Erfolg der Hybrid- und Elektrofahrzeuge erscheinen nun auch elektrische Bremsen marktfähig. Trockene Brake-by-Wire-Systeme erfordern neuartige mess- und versuchstechnische Anlagen, um entsprechend untersucht und geprüft zu werden. Das verwendete Versuchskonzept wurde mit einem Rad in Form von Einrad- und Viertelfahrzeugprüfständen dargestellt. Neben dem Ergebnis der geringeren Massen und des kleineren Bauraums scheinen auch die geringeren Energieverbräuche für die CO2 – Reduktion für elektrische Bremsen insbesondere mit Selbstverstärkung zu sprechen. In diversen Versuchen konnten Verbrauchsunterschiede zwischen hydraulischen, elektro-hydraulischen und elektrischen Systemen von 20 % bis 50 % ermittelt werden. Das bedeutet eine Reduktion der CO2 – Emission bis zu ca. 0,4 g pro Bremsvorgang.

Neben den Anforderungen zur Energieeffizienz sind jedoch auch fahrdynamische Parameter zu erfüllen. Ein immer wieder diskutierter Aspekt ist, dass elektrische Radbremsen und Radnabenmotoren die reifengefederten Massen unzulässig erhöhen. In Messungen auf einem Viertelfahrzeug-Prüfstand konnte ermittelt werden, dass die Eigenfrequenzänderungen durch erhöhte Massen am Rad sich im gleichen Spektrum ändern wie sie durch Veränderung der Reifen wie Typ und Innendruck entstehen.

Abschließend kann gesagt werden, dass das mögliche Potential für trockene Brake-by-Wire-Systeme noch lange nicht erreicht ist. Beim Einsatz in neuen Fahrzeugkonzepten ist mit enormen zusätzlichen positiven Effekten hinsichtlich Bauraum, Energieverbrauch, Funktion und Wartung zu rechnen.

Die Technologie in der Autoindustrie ist schon immer ein Vorreiter für andere Industrien und Produkte gewesen. Die aktuell laufenden Aktivitäten scheinen die größten Veränderungen in der Welt der individuellen Mobilität anzukündigen. Die Aufgaben werden immer komplexer und somit auch teurer. Die Wertschöpfungskette wird neue Inhalte und Schnittstellen erhalten. Die Bewältigung der Aufgaben kann nur in Kooperationen im gesamten Wertschöpfungsprozess erfolgen. Die daraus resultierenden Andersartigkeiten wie z.B. das sehr leise fahrende Elektrofahrzeug und der damit verbundenen Gefahr der möglichen vermehrten Kollision mit Fußgängern sind hierbei noch nicht vollständig berücksichtigt und müssen sicherlich im nächsten Schritt bearbeitet werden. Nichtsdestotrotz darf bei aller Innovationsfreudigkeit nicht vergessen werden, dass der Autofahrer beim Tritt auf das Bremspedal lediglich eine Verlangsamung des Fahrzeuges bei Bedarf bis zum Stillstand erwartet. Wie das System hinter dem Bremspedal arbeitet interessiert ihn nicht und dafür würde er sicherlich auch keine Zusatzkosten akzeptieren

 

100% Erneuerbare Energien – Versorgungssicherheit und sauberer Strom durch regenerative Energieträger

Referent: C. Hinsch, Wörrstadt
Datum:
Samstag, 9.4.2011
Dauer
: 9.45-10.30
Ort:
Alte Mensa, Audimax

In diesem Vortrag werden sowohl die einzelnen regenerativen Energieträger vorgestellt als auch deren Zusammenspiel in einem rein regenerativen Energiemix skizziert. Am Beispiel von Rheinland-Pfalz werden Flächenpotenziale analysiert und die Zusammensetzung des Energiemixes im Jahr 2030 exemplarisch erläutert.

There is simply no better alternative for an environmentally friendly power supply in the future than to take the path leading to a solar energy era. Every day, the sun provides the earth with more than one thousand times the energy required by people around the world. In comparison with wind power, the proportion of solar power in the mix of renewable energies is still remarkably low. However, solar power makes an important contribution in providing for power needs that have, up until now, been covered by gas or coal power plants. In a few years, power generated on rooftops is going to be cheaper than power from the supply grid.

Photovoltaic systems with a nominal capacity of around 20,000 MW were installed all over the world by the end of 2009. For example in Germany the reason for the boom in this sector is the Renewable Energy Law (EEG), which guarantees fixed feed-in tariffs for solar energy supplied. Technological advancement helps the sector move forward. New products, such as thin-film modules, are taking the market by storm. Efficiency continues to increase while prices drop. New application opportunities make solar energy an all-around winner. From a single module on a building exterior all the way to large solar power plants capable of producing megawatts of energy – nothing is impossible with the next generation of PV modules. The major advantage of solar power generation is that it is safe and environmentally-friendly. The energy of the sun is directly transformed into electrical power, which is used to operate our machines and household devices.

One of the leading companies for project development of renewable energies is the juwi group. Juwi designs, builds, finances and operates large-scale photovoltaic installations on rooftops and in open-spaces. juwi delivers cost-effective and technologically advanced projects based on long-term experience. Tried and tested technologies are used for all of the PV power installations. Since 1996, juwi has installed more than 1,200 PV power plants with a total capacity of more than 400,000 kilowatts.

The author will present some basic information on solar power as well as legal regulations in some European countries. Furthermore, a variety of applications will be presented.

 

Geothermie in Rheinland-Pfalz

Referenten: L. Reinheimer, Dr. T. Kärcher, Mainz
Datum:
Samstag, 9.4.2011
Dauer
: 11.00-11.45
Ort:
Alte Mensa, Audimax

Zunehmend knapper und teurer werdende fossile Rohstoffe rücken die energetische Nutzung der Erdwärme in den letzten Jahren auch in Rheinland-Pfalz immer weiter in den Vordergrund.

Unter Erdwärme (Geothermie) versteht man die in Form von Wärme gespeicherte Energie unterhalb der festen Oberfläche der Erde (VDI-Gesellschaft Energietechnik 2000). Im oberflächennahen Untergrund wird der Wärmehaushalt durch die Solarstrahlung dominiert. Mit zunehmender Tiefe gewinnt der terrestrische Wärmestrom immer weiter an Bedeutung. Dieser wird hauptsächlich durch den radioaktiven Zerfall verschiedener Isotope gesteuert. Abhängig von der Erschließungstiefe und dem Nutzungszweck wird zwischen der „oberflächennahen“ und der „tiefen“ Geothermie unterschieden.

Die oberflächennahe Erschließung von Erdwärme ermöglicht eine Beheizung und Kühlung von Gebäuden. Aufgrund des „geringen“ erschlossenen Temperaturniveaus von ungefähr 10 °C ist hierzu eine Wärmepumpe notwendig. In Rheinland-Pfalz erfolgt die Erschließung der Energie hauptsächlich mit sog. Erdwärmesonden (geschlossenes System).

Die „tiefe Geothermie“ erschließt Erdwärme in Tiefen von mehr als 400 m zur Stromgewinnung sowie zur Wärmenutzung in Wärmenetzen. Die Region des Oberrheingrabens ist für eine tiefengeothermische Nutzung besonders gut geeignet. Diese Grabenstruktur zeichnet sich durch hohe Temperaturen in relativ geringen Tiefen sowie der Existenz von potenziell wasserführenden Gesteinen und Störungszonen aus (Storz 2007).

Eine ordnungsgemäße Errichtung und Ausführung von oberflächennahen Geothermieanlagen ist zwingend notwendig damit keine Gefährdung für die Umwelt entsteht. Staufen (Hebung durch Umwandlung von Anhydrit in Gips) und Wiesbaden (artesischer Wasseraustritt) sind prominente Schadensfälle welche deutschlandweit bekannt wurden.

Die tiefen Geothermieprojekte erfordern sehr aufwendige Erkundungs- und Planungsarbeiten, um mögliche Auswirkungen für Mensch und Natur zu minimieren. Sie werden von zahlreichen Behörden intensiv überwacht und setzen ein umfangreiches Genehmigungsverfahren voraus. Im Zusammenhang mit dem Geothermiekraftwerk in Landau zu sehende seismische Aktivitäten zeigen jedoch, dass Auswirkungen nicht vollkommen ausgeschlossen werden können.

Literatur:

VDI-Gesellschaft Energietechnik (2000): VDI-Richtlinie 4640: Blatt 1 – Thermische Nutzung des Untergrundes – Grundlagen, Genehmigungen, Umweltaspekte, 32 S.,2 Abb., 4 Tab., Berlin.
Storz, R.: Tiefe Geothermie in Rheinland-Pfalz – Ein Überblick über die geothermischen Verhältnisse und den aktuellen Stand der Nutzung. – Mainzer geowiss. Mitt., 35, S. 135-158, 10 Abb., 1 Tab., Mainz

 

Strom aus der Wüste: Solarkraftwerke und das Desertec Projekt

Referent: C. Fark, Mainz
Datum:
Samstag, 9.4.2011
Dauer
: 12.15-13.00
Ort:
Alte Mensa, Audimax

In weniger als einer Stunde sendet die Sonne nach Angaben der Fraunhofer- Gesellschaft (FhG) so viel Energie auf die Erde, wie wir Menschen in einem Jahr verbrauchen. In Zeiten knapper und teurer fossiler Rohstoffe gilt es, diese regenerative Energiequelle verstärkt nutzbar zu machen, und zwar auch durch Solarkraftwerke auf Basis der Concentrated Solar Power Technologie (CSP).

Während die Photovoltaik eine Technik zur dezentralen Nutzung der Sonnenenergie ist, liegt die Stärke von Solarkraftwerken in der zentralen Energieerzeugung. Allein in den unbesiedelten Wüsten Nordafrikas ließe sich nach Berechnungen des Fraunhofer-Instituts für solare Energiesysteme (FhG ISE) ein Vielfaches des europäischen Strombedarfs erzeugen.

Dieses Potenzial nutzbar zu machen, ist die Grundidee, die hinter „Desertec“ steckt. Das Desertec Konzept beschreibt die Perspektiven der Energieversorgung für Europa, den Nahen Osten und Nordafrika mit Sonnen- und Windenergie aus den Wüsten. Als langfristiges Ziel wird angestrebt, einen erheblichen Anteil des Strombedarfs der Erzeugerländer und einen Anteil von rund 15 % des Strombedarfs von Europa im Jahr 2050 zu produzieren. Im Juli 2009 wurde unter dem Namen Dii eine internationale Initiative ins Leben gerufen, die sich der Umsetzung des Desertec Konzepte s widmet. Hierzu gehören unter anderem die Entwicklung eines langfristigen Umsetzungsplans bis zum Jahr 2050 inklusive Investitions- und Finanzierungsempfehlungen sowie die Planung von Referenzprojekten, welche die Machbarkeit von Desertec demonstrieren sollen.

Zu solchen Referenzprojekten gehören Solarkraftwerke mit Parabolrinnentechnologie. Diese sind Dampfkraftwerke, die aus Wärme Strom erzeugen. Die Sonne liefert dabei die Energie, die nötig ist, um die Turbinen anzutreiben. Im Solarfeld des Kraftwerks konzentrieren parabolisch geformte und in langen Reihen angeordnete Spiegel die einfallenden Sonnenstrahlen bis zu 80-fach auf ein Absorberrohr, in dem ein Wärmeträger auf rund 400 Grad Celsius erhitzt wird. Im zentralen Kraftwerksblock wird dann in einem Wärmetauscher der Dampf erzeugt, der eine konventionelle Dampfturbine antreibt. Moderne Speichertechnik macht den Solarstrom bei ungünstigem Wetter und in der Nacht verfügbar: Der im Solarfeld umlaufende Wärmeträger ist ein Speicher, der kurzfristige Bewölkungsphasen überbrücken kann. Salzspeicher gewährleisten zusätzlich eine verlässliche Stromversorgung über viele Stunden, in denen die Sonne nicht scheint. Damit ist diese Technologie interessant für eine kontinuierliche Stromerzeugung. Durch die Anwendung der Speichertechnik kann die Turbine außerdem sehr lange unter Volllast und dadurch mit einem hohen Wirkungsgrad laufen.

Die Qualität des Absorberrohres ist ausschlaggebend dafür, wie wirkungsvoll das Solarkraftwerk arbeitet. Das Absorberrohr muss möglichst viel Sonnenstrahlung absorbieren und darf fast keine Wärme abstrahlen. Zukünftige Solarfelder sollen entweder direkt Dampf erzeugen oder Salzschmelzen statt Thermoöl als Wärmeträger verwenden, um den Kraftwerksprozess bei mindestens 500 Grad Celsius und dadurch mit höheren Wirkungsgraden betreiben zu können. Auf diese Weise lässt sich Solarstrom noch günstiger herstellen.

 

Neue Technologien in der Photovoltaik

Referent: Dr. A. Metz, Mainz
Datum:
Samstag, 9.4.2011
Dauer
: 14.00-14.45
Ort:
Alte Mensa, Audimax

Die Photovoltaik (PV) zählt zu den erneuerbaren Energiequellen mit dem höchsten technischen Potential und den größten Wachstumsraten. Grundlage für das enorme Wachstum von mehr als 50 Prozent pro Jahr in den letzten zehn Jahren bilden zum einen die in zahlreichen Ländern eingeführten Einspeisevergütungen für Solarstrom. Zum anderen wird das Wachstum auch durch den rasanten technologischen Fortschritt bei der Herstellung von PV-Solarstromsystemen befördert, was eine kostengünstige Produktion erlaubt.

Maßgeblichen Anteil am Wachstum hat die kontinuierliche Steigerung der Umwandlungswirkungsgrade der Solarmodule. Darüber hinaus tragen folgende technologischen Entwicklungen zu einer deutlichen Kostenreduktion bei:

(1) neue Materialsysteme

(2) neuartige Solarzellenkonzepte

(3) hoch produktive Fertigungsanlagen

(4) innovative Systemlösungen

Grundsätzlich unterliegt jede Produktion einem Lernkurveneffekt. Die Lernkurve bestimmt einen Prozentsatz zu dem sich die Produktionskosten verringern bei der Verdoppelung der kumulierten Produktionsmenge. Der Lernkurvenfaktor für PV-Module liegt bei circa 20 Prozent. Bedingt durch die sinkenden staatlichen Einspeisevergütungen kommt den Produktionskosten eine immer wichtigere Rolle zu. Um den aus der Preisentwicklung in der Vergangenheit abgeleiteten Lernkurvenfaktor auch zukünftig fortzuschreiben, bedarf es ständiger technologischer Innovationen der solaren Wertschöpfungskette. Zudem ist es sinnvoll eine Vielzahl von verschiedenen technologischen Ansätze zu verfolgen. Ein einzelnes Konzept alleine könnte oft schon aus Gründen der Rohstoffverfügbarkeit nur einen bestimmten Anteil des stetig wachsenden weltweiten Energiebedarfes decken. Forscher und Wissenschaftler sind aus diesem Grund gefordert interdisziplinär und unternehmerisch zu denken. Physikalische und materialwissenschaftliche Perspektiven müssen zusammen gedacht werden und den betriebswirtschaftlichen Anforderungen genügen. Aus diesem Grund bietet der Vortrag zunächst einen Einblick in die technologische Vielfalt der PV und einen Ausblick auf zukünftige Innovationen

 

Klimawandel vor Gericht? Bewerten lernen im naturwissenschaftlichen Unterricht

Referent: T. Feierabend, Prof. Dr. I. Eilks, Bremen
Datum:
Samstag, 9.4.2011
Dauer
: 15.00-15.45
Ort:
Alte Mensa, Audimax

Der Klimawandel ist eines der epochaltypischen Schlüsselprobleme unserer Zeit. Das zeigt seine große Präsenz in den Medien und der politischen Diskussion. Ursachen und Folgen  werden benannt und mögliche Gegenmaßnahmen diskutiert; es werden aber auch Zweifel an den Ergebnisse und Prognosen der Wissenschaft veröffentlicht. Der Umgang mit naturwissenschaftlicher Evidenz und den sie vertretenden Autoritäten wird somit ein wichtiges Bildungsziel zum Verständnis des Klimawandels und damit des naturwissenschaftlichen Unterrichts

Aus dieser Motivation heraus startete zu Beginn 2008 das Projekt „Der Klimawandel vor Gericht“, ein interdisziplinäres Unterrichtsentwicklungsprojekt der Fächer Biologie, Chemie und Physik und Politik (Eilks et al., 2010). Gemeinsam mit Lehrkräften wird in einem Projekt Partizipativer Aktionsforschung (Eilks & Ralle, 2002) Unterricht in diesen vier Fächern entwickelt. Alle Einheiten basieren auf dem Ansatz des gesellschaftskritisch-problemorientierten naturwissenschaftlichen Unterrichts nach Eilks (2002) bzw. Marks und Eilks (2009) und nutzen die Methode des Rollen- bzw. Planspiels zur Förderung einer multidimensional angelegten Bewertungskompetenz im Sinne der Bildungsstandards. Ausgewählte Teile der entstandenen Einheiten wurden mittlerweile auch in außerschulischen Lernorten adaptiert und in neue und bestehende pädagogische Angebote integriert.

Im Vortrag werden einzelne Unterrichtsmodule aus allen vier Fächern präsentiert werden, die verschiedenartig kombiniert sind, um Fachwissen über den Klimawandel und Bewertungskompetenz im Sinne der Bildungsstandards zu fördern. Beispiele sind ein Lernzirkel mit Versuchen zum Strahlungshaushalt der Erde, ein CO2-Warenkorb mit angeschlossenem Rollenspiel, mit dem Schülerinnen und Schüler etwas über die Klimawirkung ihrer Lebensmittel lernen können oder eine komplexe Aufgabe zu Transfer und Sicherung erworbenen Wissens.

Überblicke über beispielhafte Unterrichtseinheiten werden aber dennoch gegeben und auch ausgewählte Ergebnisse aus der Begleitforschung vorgestellt.

Wir danken der Deutschen Bundestiftung Umwelt (DBU) für die Förderung des Projektes.

Literatur

Eilks, I. (2001). Biodiesel - kontextbezogenes Lernen in einem gesellschaftskritisch-problemorientierten Chemieunterricht. PdN-ChiS 50(1), 8-10
Eilks, I., Feierabend, T., Höttecke, D., Hössle, C., Menthe, J., Mrochen, M., & Oelgeklaus, H. (2010). Bewerten Lernen und Klimawandel in vier Fächern – Erste Einblicke in das Projekt „Der Klimawandel vor Gericht“ (Teil 1 und 2). MNU, angenommen.
Eilks, I. & Ralle, B. (2002). Partizipative fachdidaktische Aktionsforschung - ein Modell für eine praxisnahe curriculare Entwicklungsforschung in der Chemiedidaktik. Chemkon 9(1), 13-18.
Marks, R. & Eilks, I. (2009). Promoting scientific literacy using a socio-critical and problem-oriented approach to chemistry teaching: Concept, examples, experiences. IJESE, 4, 231-245

 

Sonntag, 10. April 2011

Mit komplexen Forschungsaufgaben zu einem kompetenzorientierten naturwissenschaftlichen Unterricht

Referent: U. Klinger, Speyer
Datum:
Sonntag, 10.4.2011
Dauer
: 9.00-9.45
Ort:
Alte Mensa, Aula

Von der Themenfindung bis zum Transfer erlauben komplexe Forschungsaufgaben die kompetenzorientierte, durchgängige Eigentätigkeit der Schülerinnen und Schüler ins Zentrum von Unterricht zu stellen. Dabei wird die Vielzahl der für die konkrete Bearbeitung der Aufgabe notwendigen Kompetenzen deutlich. Schülerinnen und Schüler müssen Fragen stellen, planen, recherchieren, experimentieren, diskutieren, präsentieren, reflektieren, bewerten usw. Von Vorteil ist dabei, dass sie dies in einem motivierenden, herausfordernden und sinnhaften Lernanlass tun.

Es wird ein Modell vorgestellt, in dem eine komplexe Forschungsaufgabe – gegliedert in 10 klar umrissene Schritte – den roten Faden einer Unterrichtseinheit liefert. Dabei wird deutlich herausgearbeitet, welche Aufgabe, Funktion und Rolle im Unterrichtsgeschehen jeweils der Lehrkraft und den Lernenden zukommt.

Beispiele aus dem BMZ geförderten Projekt „GEko – Globale Entwicklung konkret“ vermitteln einen Eindruck aus der unterrichtlichen Umsetzung. Erste Einblicke in die Evaluation des Projekts zeigen die Wirksamkeit dieses Vorgehens für die Kompetenzentwicklung der Schülerinnen und Schüler.

Literatur:

Klinger, U. (Hrsg.): Mit Kompetenz Unterricht entwickeln – Fortbildungskonzepte und -materialien, Ergebnisse des KMK-Projekts for.mat, Bildungsverlag EINS, Troisdorf 2009

 

Chancen und Schwierigkeiten des integrierten Faches Naturwissenschaften – Erfahrungen an einem Gymnasium

Referent: Dr. C. Fruböse, Trier
Datum:
Sonntag, 10.4.2011
Dauer
: 10.00-10.45
Ort:
Alte Mensa, Aula

Die Einführung des integrierten Fachs Naturwissenschaften für die Klasse 5 und 6 zum Schuljahr 2008/09 in Rheinland-Pfalz bedeutet aufgrund des höheren Stundenansatzes und der Umwandlung in ein halbes Hauptfach eine Stärkung der Naturwissenschaften im Fächerkanon. Auch bringt diese Änderung schulorganisatorisch manche Vorteile. Aber es stellte die Kollegien aller Schulen in Rheinland-Pfalz gleichzeitig vor erhebliche Herausforderungen, die noch längst nicht bewältigt sind. Im Folgenden wird über die Erfahrungen berichtet, die in den ersten zwei Jahren mit der Einführung dieses Faches an einem Gymnasium gemacht wurden.

Zunächst einmal stellte der fachfremde Unterrichts für die Kollegen und Kolleginnen, die sich überhaupt bereit erklärten diese Herausforderung anzunehmen, eine nicht unerhebliche Hürde dar. Denn die drei Naturwissenschaften unterscheiden sich mehr als manchem Außenstehenden klar zu sein scheint. Um die vielfältigen Hürden zwischen den Fächern zu überwinden, ist eine intensive Zusammenarbeit aber auch eine begleitende häusliche Weiterbildung unbedingt erforderlich. Aber dies reicht nicht, um die notwendige Vertrautheit mit dem nicht studierten und einem oft doch recht fremden Fach zu erlangen. Insofern besteht hinfort ein langfristiger Bedarf an unterstützender externer fachlicher Fortbildung. Nur so kann die notwendige fachliche Sicherheit und Flexibilität entstehen und damit verhindert werden, dass man sich, wann immer irgendwie möglich, doch in seine eigene fachliche Domäne zurückflüchtet (1). Die erkannten fachlichen Defizite werden aufgelistet und es werden konkrete Vorschläge für die Fortbildung aber auch für  die Berücksichtigung dieser Problematik im Hochschulstudium (2) gemacht.

Auch die Arbeit mit dem für alle Schulformen gültigen (!), strikt kompetenzorientierten, kontextausgerichteten und damit völlig neuartig gestalteten  Lehrplan stellte eine zweite ungewohnte Herausforderung dar. Dabei erzeugten insbesondere die extrem sparsam gemachten fachlichen Vorgaben Unsicherheit bei der Planung des Unterrichts in fachfremden Domänen. Wegen der geringeren Bedeutung der fachlichen Kompetenzen und der größeren Rolle der Handlungskompetenzen konnte auch nur sehr begrenzt auf Bewährtes aus den alten Fächern Physik-Chemie und Biologie zurückgegriffen werden. Über den Prozess des Herantastens an diese neue Konzeption von Unterricht (3,4) und über die Schwierigkeiten damit, wird berichtet.

Abschließend wird auf die organisatorischen Probleme bei der Einführung dieses Faches kurz eingegangen. Hier geht es um so banal erscheinende Dinge wie das Freiblocken gemeinsamer Freistunden, um überhaupt kooperieren zu können. Aber auch das Kennenlernen fremder Sammlungen, die Wahrung der Ordnung in fremden Sammlungen, die Organisation von Geldern für die notwendigen Anschaffungen im Fach Naturwissenschaften u.a. werden angesprochen.

Literatur:

1.) A. Dörges: Erfahrungen mit dem integrierten naturwiss. Unterricht  MNU 54 (2001) Heft 4.
2.) C. Fruböse: Unterricht im integrierten Fach Nawi (in Vorbereitung für MNU).
3.) M.E. Kraus: Kompetenzen fördern statt fordern MNU 63 (2010) Heft 1.
4.) W. Suwelack: Lehren und Lernen im kompetenzorientierten Unterricht MNU 63 (2010) Heft 3