Für Lehrkräfte: BNE in unseren Schülerlaboren

Bildung für Nachhaltige Entwicklung ist eine der Leitperspektiven des aktuellen Bildungsplans. Die experimenta bietet in ihren Schülerlaboren Kurse in unterschiedlichen Fachdisziplinen und für verschiedene Klassenstufen an, die sich mit einigen Aspekten von BNE befassen (Klimawandel, erneuerbare Energien, Plastikabfall u.a.).

Bau einer Kurbeltaschenlampe

Themenfeld: Technik, Physik, NwT // Klasse: 5-8

Wir machen Licht durch Bewegung! Die Kurbeltaschenlampe hat einen einzigartigen Vorteil: Sie ist unabhängig von externen Stromquellen und funktioniert daher immer – so lange man daran dreht. Die Taschenlampe mit LED ist deshalb bestens für das Forschen und Entdecken im Dunkeln geeignet. Und umweltfreundlich ist sie auch, weil der Kurbelgenerator die Batterie ersetzt.

In unserem Kurs kann jeder seine eigene Kurbeltaschenlampe bauen, die er dann auch mit nach Hause nehmen darf. Auch die benötigten Kunststoffbauteile werden aus Halbzeugen mit Handwerkzeugen selbst produziert. Gemeinsames Montieren und gegenseitiges Unterstützen stehen hier im Vordergrund. Je nach Altersstufe bieten wir unterschiedliche Schwierigkeitsstufen an.

Auf Wunsch und abhängig vom Leistungsstand der Schülerinnen und Schüler besteht die Möglichkeit, dass in die Kurbeltaschenlampe auch noch ein Kondensator eingebaut wird. Dieser speichert die elektrische Energie und die LED leuchtet nach dem Kurbeln nach.

Im zweiten Kursteil experimentieren wir mit verschiedenen Spulen, Stabmagneten, Generatoren und Energiewandlern (z.B. Glühlampe, LED). Anhand der Experimente erfahren die Schülerinnen und Schüler einiges über die körpereigene Energie, die elektrische Energie und die Funktionsweise von Generatoren.

 

Bau eines Elektromotors

Themenfeld: Technik, Physik, NwT // Klasse: 8-10

Ganz leise und unauffällig verrichten Elektromotoren ihre Dienste in unserem Alltag: Von der Armbanduhr bis zum ICE werden elektronisch getriebene Motoren unterschiedlichster Bauart und Leistung eingesetzt. Sie alle folgen dem gleichen fundamentalen physikalischen Prinzip: der Umsetzung von elektrischer Energie in Bewegungsenergie.

Im ersten Teil des Kurses untersuchen wir die grundlegende Funktionsweise von Elektromotoren, nämlich das Phänomen des Magnetismus und die Erzeugung einer dauerhaften Drehbewegung durch Umpolung eines elektromagnetischen Feldes.

Im zweiten Teil, dem Hauptteil des Kurses, baut jeder einen eigenen funktionsfähigen zweipoligen Elektromotor, der dann auch mit nach Hause genommen werden kann. Der Motor verfügt über einen Kommutator mit Polwendung und veranschaulicht dieses Prinzip sehr gut. Durch die eigene Arbeit kann der Weg der Elektronen nach der Fertigstellung des Motors leicht nachvollzogen werden – und damit auch die Umkehrung des Magnetfeldes nach jeweils einer halben Umdrehung des Rotors.

 

Bau eines Solarmobils

Themenfeld: Technik, Physik, NwT // Klasse: 6-10

Die Sonne liefert eine nahezu unbegrenzte Energiemenge – ganz ohne Nebenwirkungen. Deshalb ist die solare Stromerzeugung ein wesentlicher Baustein in der nachhaltigen Energiewirtschaft. Auch emissionsfreie Mobilität wird durch Solarstrom erst möglich. Das Phänomen Solarstrom lässt sich sehr anschaulich am direkten Zusammenhang zwischen einfallendem Licht und entstehender Bewegung darstellen. Das ist die Grundlage unseres Kurses.

Aus größtenteils vorgefertigten Komponenten bauen die Schülerinnen und Schüler ein voll funktionsfähiges Fahrzeug. Für die Klassen 6 und 7 haben wir eine etwas vereinfachte Variante vorgesehen. Die Energie für den Antrieb liefert ein Solarmodul der neuesten Generation, der Antrieb erfolgt über ein Getriebe. Das fertige Fahrzeug kann mit nach Hause genommen werden.

Mit den gebauten Modellen können im Unterricht zahlreiche Themen nachbereitet werden, wie beispielsweise die Ladung und Entladung eines Kondensators, Reihen- und Parallelschaltung oder der Wirkungsgrad verschiedener Energiewandler.

Auf Wunsch und je nach Altersgruppe können in einem kurzen theoretischen Teil auch verschiedene weitere Themen aus dem Bereich Energie behandelt werden, z. B. wie eine Solarzelle aufgebaut ist und wie sie funktioniert, woher wir Elektrizität beziehen oder weshalb wir die erneuerbaren Energien brauchen.

 

Energie und Energieumwandlung

Themenfeld: Technik, Physik, NwT // Klasse: 8-10

Alles ist Energie – sie ist ist an jedem natürlichen und technischen Vorgang beteiligt. Wir schauen uns an, welche verschiedenen Erscheinungsformen Energie haben kann, wie man sie umwandelt und was dabei geschieht. Zielsetzung des Kurses ist es, den Schülerinnen und Schülern die große Bedeutung des Themas Energie nahezubringen und dabei einen hohen Bezug zum alltäglichen Leben herzustellen.

Wir bauen zunächst einen kleinen Solarpark mit leistungsstarken Solarzellen, Messgeräten und Energiewandlern. Durch verschiedene Experimente erkennen wir dabei, welche Aspekte bei der Nutzung der Solarenergie unter freiem Himmel zu beachten sind.

Bei einem Experiment mit unserem muskelkraftbetriebenen Generator erfahren die Schülerinnen und Schüler, was der physikalische Begriff der Leistung bedeutet. Dabei vermitteln wir auch die Probleme, die mit ineffektiven „Verbrauchern“ zusammenhängen. Bei der spektakulären Umwandlung von chemischer Energie in thermische Energie wird deutlich gemacht, wie viel Energie eigentlich in Materie gebunden sein kann, warum in Kraftwerken organische Substanzen verbrannt werden und weshalb die Nutzung fossiler Brennstoffe zu einer Erwärmung der Atmosphäre führt.

Zum Abschluss des Kurses demonstrieren wir schließlich noch die Funktionsweise eines realen Dampfkraftwerks: vom „Anzünden der Kohle“ bis zur Entstehung von Licht am Ende der Wandlungskette.

 

Energiespeicherung

Themenfeld: Chemie, NwT // Klasse: 9-10

Energie ist wertvoll. Damit sie nicht verloren geht, hat der Mensch viele verschiedene Möglichkeiten entwickelt, um sie zu speichern. Batterien und Akkus zum Beispiel kennt und nutzt jeder täglich. In diesem Kurs untersuchen wir, wie diese und andere Energiespeicher funktionieren.

Die erste „Batterie“ gab es schon vor über 200 Jahren – die „Volta-Säule“ war die erste brauchbare Stromquelle. In diesem Kurs können die Schülerinnen und Schüler sie nachbauen. Anhand praktischer Versuche lernen sie zudem das Prinzip der elektrochemischen Energiespeicherung – in Form von Batterien und Akkumulatoren kennen und anwenden. Bei der Zinkiodid-Batterie sehen sie durch Veränderung der Flüssigkeitsfarbe deutlich die chemischen Vorgänge, die durch das Entladen und Laden ausgelöst werden.

Experimentell geht es weiter: Mit dem Bausatz einer Brennstoffzelle – eigentlich kein Energiespeicher sondern vielmehr ein Energiewandler – erzeugen die Schülerinnen und Schüler Wasserstoffgas, mit dem dann ein kleiner Ventilator und farbige LEDs betrieben werden. Anhand von Taschenwärmern und medizinischen Wärmeauflagen untersuchen wir unterschiedliche Typen von Wärmespeichern und bauen diese nach. Außerdem experimentieren wir mit dem Modell eines Pumpspeicherkraftwerks.

 

Wertsache Müll

Themenfeld: Chemie, NwT // Klasse: 9-10

Ganz schön viel Müll produziert jede/r einzelne von uns tagtäglich. Aber Müll ist nicht gleich Müll - einiges ist eigentlich zu wertvoll, um einfach weggeworfen zu werden. Gleichzeitig kann man durch Wiederverwertung die Umwelt schonen. Recycling, Upcycling und die Entwicklung von biologisch abbaubaren Verpackungen werden in diesem Kurs ganz praktisch thematisiert: ein Geldbeutel aus einer Getränkepackung, ein Becher aus Stärkemehl und ein Gegenstand aus selbst recyceltem Verpackungskunststoff werden in diesem Kurs hergestellt und können anschließend mitgenommen werden.

 

Klimawandel aus dem All

Themenfeld: IMP, Geographie // Klasse: 8-10

Erdbeobachtungssatelliten umkreisen die Erde inzwischen seit mehreren Jahrzehnten. Ihre Daten erlauben es also, einen Blick in die Vergangenheit zu werfen. So können wir, durch den Vergleich von Aufnahmen von verschiedenen Zeitpunkten, Veränderungen durch den menschengemachten Klimawandel, etwa Gletscherrückgänge, analysieren.

Dazu lernen die Schüler und Schülerinnen im ersten Teil des Kurses, Satellitenbilder als Echtfarb- und Falschfarbbild zu visualisieren, zu interpretieren und als Basis eigener Kartierungen zu verwenden. Die erlernten Techniken nutzen die Teilnehmer und Teilnehmerinnen anschließend zur Vermessung verlorener Gletscherflächen im Untersuchungsgebiet. Inaktive Endmoränen in den Satellitenbildern geben Hinweise auf ehemalige Gletscherstände. Sie dienen als Zeugen eines Klimas der Vergangenheit und helfen so die aktuellen Rückgänge im Kontext natürlicher Klimaschwankungen und der menschengemachten globalen Erwärmung einzuordnen.

Wir nutzen in diesem Kurs die frei verfügbare Software QGIS, so dass interessierte Schüler und Schülerinnen bei Interesse an der Thematik zu Hause oder in der Schule eigene Projekte umsetzen können.

 

GIS, Jeans und Globalisierung

Themenfeld: Geographie // Klasse: 7-9

Am Beispiel der Herstellung einer Jeans behandeln wir wirtschaftliche, soziale und ökologische Folgen der Globalisierung. Die Schüler und Schülerinnen informieren sich über die einzelnen Produktionsschritte von der Baumwollernte bis zum Verkauf der Jeans. Sie lernen dabei Entwicklungsindikatoren und andere Geodaten zu nutzen sowie eigene Schlüsse aus diesen zu ziehen.

 

Lehrer-Fortbildungsvideo

Dieses Angebot können wir Ihnen Mitte November bereitstellen!