Lernmodule zu MINT-Themen

Faszination Forschung
Die Atmosphäre des Zwergplaneten Pluto, aufgenommen von der Raumsonde New Horizons. In unseren Lernmodulen erwähnen wir immer wieder solche faszinierenden Projekte, um zu zeigen, wie spannend Naturwissenschaften sein können.
Credit:
NASA/Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory/Southwest Research Institute

Faszination Forschung
Die Atmosphäre des Zwergplaneten Pluto, aufgenommen von der Raumsonde New Horizons. In unseren Lernmodulen erwähnen wir immer wieder solche faszinierenden Projekte, um zu zeigen, wie spannend Naturwissenschaften sein können.
Credit:
NASA/Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory/Southwest Research Institute

Auf diesen Seiten finden Lehrkräfte unsere Lernmodule, die sich zur Weitergabe an Schülerinnen und Schüler eignen. Jedes Lernmodul behandelt ein eigenes Thema, das Bezug zu Unterrichtsinhalten in MINT-Fächern hat. Die Seiten sind multimedial konzipiert und enthalten spannenden Lesestoff sowie Videos, interaktive Grafiken und auch Anregungen für ganz einfache Mitmach-Experimente. Neben dem Bezug zum Unterricht stellen die Texte immer aktuelle Forschungsarbeiten vor, die damit in Zusammenhang stehen. So wird den Schülerinnen und Schülern nicht nur Basiswissen als Einstieg in das entsprechende Thema vermittelt, sondern auch der Anwendungsbezug verdeutlicht – einfach um von Anfang an verständlich zu machen, wozu das erworbene Wissen dienen kann. Die einzelnen Seiten können sowohl zur Lektüre zu Hause eingesetzt werden als auch Lehrkräften selbst als Quelle für Anregungen zum Unterricht dienen. Sie sind für die unteren Jahrgänge weiterführender Schulen gedacht und werden nach und nach um weitere Themen ergänzt.

Hier geht es um Quatsch!

Zugegeben, das hier ist eine etwas ungewöhnliche Folge in unserer Reihe mit Lernmodulen. Aber zugleich auch eine sehr wichtige. Denn sie hat mit Medienkompetenz zu tun – und damit, dass man nicht auf allen möglichen Unsinn hereinfallen sollte, der im Internet verbreitet wird. An einigen Beispielen werden dazu Mythen und Irrglaube entlarvt und auch Tipps gegeben, wie man einen Fakten-Check macht und Aussagen kritisch hinterfragt. Lehrkräfte können das Lernmodul nach Belieben in verschiedenen Fächern auch über den MINT-Bereich hinaus verwenden: zum Beispiel, indem sie Kurz-Referate zu den einzelnen Unterthemen vergeben oder nach der Lektüre eine Diskussion in der ganzen Klasse anregen. Aber natürlich steht die Lektüre allen interessierten Schülerinnen und Schülern auch ganz unabhängig von einer Thematisierung im Unterricht frei.

Berühmte Entdecker

Wenn wir andere Himmelskörper erkunden, begeben wir uns auf moderne Entdeckungsreisen. Ob der Flug zum Mond oder zu weit entfernten Planeten führt: Immer geht es darum, mehr über unsere kosmische Nachbarschaft zu erfahren und den Horizont unseres Wissens zu erweitern. Ganz ähnlich wie vor langer Zeit mutige Entdecker zu ihren abenteuerlichen Reisen über die Weltmeere aufgebrochen sind. Daneben gab es auch Entdecker, die mit Fernrohren oder anderen Instrumenten neues Wissen gesammelt und spannende Dinge herausgefunden haben. In diesem Lernmodul stellen wir einige von ihnen auf einer Zeitreise durch die Vergangenheit vor. Dabei wird ganz nebenbei Basiswissen aus Physik und Geowissenschaften vermittelt – und es ist zugleich ein kleiner Beitrag zur Allgemeinbildung.

Frauen in der Forschung

In der Vergangenheit waren die Naturwissenschaften weitgehend männlich dominiert. Aber auch Frauen haben in der Forschung Großartiges geleistet. Wahrscheinlich denkt man dabei zuerst an Marie Curie, die sogar zwei Mal den Nobelpreis erhalten hat. Und in dieser Zeitreise durch die Wissenschaftsgeschichte kommt sie natürlich auch vor. Doch wir würdigen hier auch einige andere Forscherinnen und beschreiben in leicht verständlicher Art und Weise ihre Arbeit. Wie immer in unseren Lernmodulen stellen wir dabei auch Bezüge zur aktuellen Forschung von heute und auch zur Lebenswirklichkeit junger Menschen her.

Die Erde von oben

Hier geht es um das „System Erde“, wobei wir zum Einstieg in diese vielfältige Thematik zwei Schwerpunkte setzen: Erstens ist das die Atmosphärenforschung und zweitens die Erdbeobachtung. Um die Schülerinnen und Schüler „mitzunehmen“, haben wir die Erklärungen in Form einer Gedankenreise verpackt. Sie beginnt mit einem Höhenforschungsballon, mit dem wir in die Erdatmosphäre aufsteigen und einige „Basics“ erfahren – über die Troposphäre, in der sich das Wettergeschehen abspielt, über die Ozonschicht und andere elementare Sachverhalte, wobei wir eingangs auch das Wichtigste zum Klimawandel zusammenfassen. Zwischendurch begegnen uns Forschungsflugzeuge, die ebenfalls in der Atmosphärenforschung eingesetzt werden. Schließlich wechseln wir auf unserer Gedankenreise das „Fortbewegungsmittel“ und umkreisen die Erde an Bord von Satelliten. Wir erklären Prinzipien der Umlaufbahnen und einige wichtige Methoden der Aufnahmetechnik und Datenverarbeitung. Darüber hinaus bieten Querverweise zu anderen Lernmodulen (insbesondere zu „Luftdruck und Vakuum“ sowie „Licht“) die Möglichkeit zur thematischen Vertiefung bzw. Erweiterung an.

Sternschnuppen, Feuerkugeln & Co.

Sternschnuppen sind schön anzusehen. Aber selbst viele Erwachsene wissen nicht, dass winzige Staubkörnchen die Auslöser für diese faszinierenden Lichterscheinungen sind. Und was haben sie mit Kometen zu tun? Wie unterscheiden die sich wiederum von Asteroiden? Und was sind Feuerkugeln? Dieses Lernmodul erklärt die unterschiedlichen Himmelskörper und spannt dabei den Bogen von der Entstehung des Sonnensystems bis zu aktuellen Szenarien für die Asteroiden-Abwehr. Es eignet sich für Astronomie-AGs oder auch für den geowissenschaftlichen Unterricht ab der Mittelstufe weiterführender Schulen und kann zum Beispiel als Materialsammlung für Referate dienen.

Sonne

Warum scheint die Sonne überhaupt? Wie ist sie entstanden, was spielt sich in ihr und auf ihr ab? Warum sind der Sonnenwind und das Weltraumwetter auch für uns auf der Erde wichtig? Und was hat das mit Polarlichtern zu tun? Dieses Lernmodul behandelt das Thema Sonne recht ausführlich. Am Anfang geht es um einige Fakten wie die Größe und Entfernung zur Erde. Anschließend wird die Entstehung der Sonne skizziert. Danach beschäftigen wir uns mit den Vorgängen im Inneren wie insbesondere mit der Kernfusion und mit Phänomenen an der Oberfläche wie etwa Sonnenflecken. Auch die Auswirkungen des Sonnenwinds auf die Erde werden behandelt. All das wird mit faszinierenden Videos und spektakulären Bildern illustriert.

Mit moderner Technik gegen den Klimawandel

Was kann man gegen den Klimawandel tun? Dieses Lernmodul erklärt zwei Technologien, mit denen der Ausstoß von Kohlenstoffdioxid drastisch reduziert werden kann. Es geht dabei erstens um Wärmespeicherkraftwerke, zu denen sich bisherige Kohlekraftwerke umbauen lassen. Zweitens wird das Konzept der Wärmepumpe erläutert, das im großen Maßstab auch Industrieprozesse klimafreundlicher gestalten kann. Alle Ausführungen sind so allgemein verständlich formuliert, dass sie keine Vorkenntnisse in MINT-Fächern erfordern und auch schon in der frühen Phase des naturwissenschaftlichen Unterrichts an weiterführenden Schulen genutzt werden können. Gleich mehrere interaktive Animationen machen einige Sachverhalte geradezu spielerisch deutlich und lockern die Erklärungen auf. Der Zusammenhang mit dem wichtigen Thema Klimawandel zeigt, wie wichtig Chemie, Physik und Technik sind – als Schulfächer und auch in der späteren Anwendung des erworbenen Wissens.

Schall

Wenn man in die Hände klatscht, knallt es. Aber wie kommt der Schall eigentlich an unser Ohr? Und was genau ist „Schall“ eigentlich? Dieses Lernmodul behandelt Fragen zum Wellencharakter und zur Schallausbreitung auf verständliche Art und Weise. Leicht umsetzbare Mitmach-Experimente, bei denen die Schülerinnen und Schüler selbst Schulter an Schulter stehend eine Schallwelle darstellen, sowie ein spannendes und an einigen Stellen auch lustiges Video sorgen für ein ebenso lehrreiches wie unterhaltsames Lernerlebnis. Zum Abschluss folgt wie immer der Bezug zur aktuellen Forschung, in diesem Fall am Beispiel der Reduzierung des Fluglärms. Und wie in allen unseren Lernmodulen können die Schülerinnen und Schüler am Ende in einem Quiz ihr Wissen testen.

Aggregatzustände

Fest, flüssig, gasförmig: In diesem Lernmodul erklären wir auf leicht verständliche Art und Weise die Aggregatzustände. Der Text knüpft dabei an die Alltagserfahrungen der Schülerinnen und Schüler an und erläutert, was im „Innenleben“ eines Stoffes beim Übergang von einem Zustand zum anderen vor sich geht. Dabei wählen wir als Bild den „Tanz der Teilchen“, die sich je nach Energiezufuhr unterschiedlich verhalten. Ergänzt werden die Erklärungen durch eindrucksvolle Fotos unter anderem von Vulkanen und Eisbergen, leicht nachvollziehbare Grafiken und eine interaktive Animation, bei der die Schülerinnen und Schüler selbst die Temperatur und den Druck in einem virtuellen Probenbehälter verändern können. Und nachdem wir die Vorgänge in einem Kochtopf voller Wasser auf Meeresspiegelhöhe und auf dem Mount Everest verglichen haben, sehen wir uns Anwendungsbeispiele an, bei denen das erworbene Wissen in der Forschung eingesetzt wird – etwa beim Wiedereintritt von Raumfahrzeugen. Am Ende gibt es wie immer ein Quiz zur Lernkontrolle.

Sonnensystem

Hier laden wir Sie und Ihre Schülerinnen und Schüler zu einer Gedankenreise ein: einmal quer durch das Sonnensystem. Dabei vermitteln wir Basiswissen zu den einzelnen Himmelskörpern und behandeln auch aktuelle Fragen der Forschung. Außerdem kommen auch Grundkenntnisse in Physik und Chemie zur Sprache – etwa wenn es um Aggregatzustände oder um Modellvorstellungen zum Aufbau der Atome geht. So kann die Faszination, die vom Thema Weltraum ausgeht, Interesse am MINT-Unterrichtsstoff wecken und fördern. Interaktive Animationen, ein Quiz und weiterführende Links auch zu Unterrichtsheften runden dieses ausführliche Lernmodul ab.

Auftrieb

Warum können Schiffe schwimmen, obwohl sie doch so schwer sind? Das ist die Frage, die im Mittelpunkt dieses Lernmoduls steht. Es geht dabei um den Auftrieb – genauer um den sogenannten statischen Auftrieb in Flüssigkeiten. Dazu zeigen wir anfangs ein Video unserer Physikerin Sina, die unter anderem mit Knete, Kartoffeln und Kochsalz experimentiert. Danach erklärt der Text auf leicht verständliche Weise die Zusammenhänge von Auftrieb, Druck und Dichte – immer verbunden mit weiteren Mitmach-Experimenten für Zuhause oder für den Unterricht. Während das Lernmodul vor allem zum Einstieg in MINT-Themen gedacht ist, findet sich am Ende der Link auf einen vertiefenden Text, der für die Mittel- und Oberstufe geeignet ist.

Licht

Wir betrachten das weiß erscheinende Licht der Sonne und erklären, wie es sich aus verschiedenen Wellenlängen zusammensetzt und warum es bei Sonnenuntergang rötlich wirkt. Neben dem sichtbaren Licht behandeln wir auch die unsichtbare Infrarotstrahlung und die Rolle, die sie in der Astronomie beim Blick in die Tiefen des Universums spielt. Außerdem gehen wir der spannenden Frage nach, wie man am Licht weit entfernter Sterne erkennen kann, ob sie von Planeten umkreist werden.

Luftdruck und Vakuum

Warum müssen Astronautinnen und Astronauten beim Spacewalk einen Raumanzug tragen und was hat das mit dem „Plopp“ beim Öffnen eines Marmeladeglases zu tun? Und was passiert mit einem Schokokuss unter einer Vakuumglocke? Verblüffende Videos, leicht verständliche Erklärungen und spielerische Mitmach-Experimente veranschaulichen, was es mit Luftdruck und Vakuum auf sich hat und warum das alles auch bei Raumfahrt-Missionen zum Mars oder zu Kometen wichtig ist.

Rückstoßprinzip

Warum heben Raketen ab und wie kommen sie bis ins Weltall, wo sie doch viele Tonnen schwer sind? Einfache Mitmach-Experimente für Zuhause und etwas anspruchsvollere Versuche für den Unterricht führen in das Thema Rückstoßprinzip ein. Animationen zeigen dabei, dass es auch auf die richtige Geschwindigkeit ankommt. Für ältere Schülerinnen und Schüler der Oberstufe haben wir am Ende noch eine Online-Vorlesung angehängt.

Schwerelosigkeit

Warum herrscht auf der Internationalen Raumstation Schwerelosigkeit? Um das zu verstehen, schauen wir uns zu Beginn einen Wassertropfen an und steigen in einem Gedankenexperiment in einen Aufzug. Die einfachen Beispiele zeigen, wie Schwerelosigkeit im freien Fall entsteht. Anschließend widmen wir einige Absätze der Forschung in Schwerelosigkeit und lernen, welchen Nutzen sie auch für das Leben auf der Erde erbringt.

Erde, Sonne und Mond

Hier werden die Kugelform der Erde sowie die Erdrotation um die eigene Achse behandelt – mit leicht verständlichen Texten, erklärenden Videos, interaktiven Animationen und einfachen Mitmach-Experimenten. Danach sehen wir uns die Bahn der Erde um die Sonne an und untersuchen, wie dabei die Jahreszeiten zustande kommen. Zum Abschluss betrachten wir die Umlaufbahn des Mondes um die Erde und lernen, wie die einzelnen Mondphasen entstehen.

Pflanzen

Hier geht es um den Biologie-Unterricht – und um superspannende Lebewesen und den Weltraum! Nein, wir reden nicht von Außerirdischen. Sondern von Pflanzen. Dazu erzählen wir dir ein paar verrückte Geschichten: Wie sich Pflanzen gegen Giraffen wehren, was Jahresringe bei Bäumen verraten und wo es auch bei uns fleischfressende Pflanzen gibt. Außerdem untersuchen wir, wie Pflanzen wachsen. Und wir heben zusammen mit dir ab ins All und überlegen, wie Astronautinnen und Astronauten frischen Salat züchten können. Ach ja: Zwischendurch machen wir auch kurze Ausflüge in die Antarktis und nach Hawaii. Also los! Klick dich durch die faszinierende Welt der Pflanzen!

Fotografieren

Dieses Lernmodul geht mal ganz anders an MINT-Inhalte heran – nämlich über die Fotografie, genauer über Fotos zum Thema Weltraum. Es eignet sich für Projektunterricht oder Foto- bzw. Astro-AGs. Die Webseite gibt einige Tipps für eigene Aufnahmen, enthält aber auch eine Auswahl der spannendsten Links, die zu Bildern von Satelliten, Raumsonden und Rovern führen. Diese Aufnahmen (von Sonne, Mond und Sternen sowie von der Erde und anderen Planeten) können und sollen nicht nur betrachtet werden: Sie lassen sich auch bearbeiten – etwa durch Kombination verschiedener Wellenlängen oder durch Erstellung von Panoramen aus Einzelbildern. Bilder der Erde – aufgenommen von Bord der ISS – regen zudem zu einem Geo-Quiz an: Wer erkennt die abgebildete Region? Finde ich in der NASA-Bilddatenbank Aufnahmen meiner Stadt? So werden die Schülerinnen und Schüler nicht nur für die Fotografie begeistert, sondern erfahren auch einiges über das Weltall und unseren Heimatplaneten Erde.

Zahlenfolgen

Hier geht es um Zahlen. Genauer um Zahlen, die aufeinander folgen. Und zwar nicht irgendwie als wilder „Zahlensalat“, sondern nach einem bestimmten Muster. Ein einfaches Beispiel: 2, 4, 6, 8 ... Da ist leicht zu erkennen: In dieser Zahlenfolge kommt als nächstes die 10. Es gibt viele solcher Folgen – und was manche mit Blumen und sogar mit Planeten und Galaxien zu tun haben, ist echt spannend! Außerdem handelt diese Geschichte von Briefträgern in Venedig und von Reiskörnern auf einem Schachbrett. Neugierig geworden? Dann viel Spaß bei unserem Lernmodul, in dem wir auf leicht verständliche Art in die Welt der Zahlenfolgen einsteigen!

Mars

Unsere Lernmodule behandeln eigentlich Themen, die direkten Bezug zum Unterrichtsstoff haben. Beim Thema Mars haben wir da eine Ausnahme gemacht. Unser Nachbarplanet mag vielleicht nicht im Curriculum vorkommen – aber die Mission des NASA-Rovers Perseverance löst offenbar auch in vielen Schulen Interesse aus. Seit der Landung erhalten wir immer wieder Anfragen: sowohl von Lehrkräften, die dazu Unterrichtsmaterial suchen, als auch von Schülerinnen und Schülern, die Referate oder Präsentationen vorbereiten. Deshalb also hier eine Zusammenfassung zum aktuellen Stand der Mars-Forschung. Dabei geht es multidisziplinär quer durch die MINT-Fächer zu: von geowissenschaftlichen Aspekten über die technischen Herausforderungen bis zur Datenverarbeitung und schließlich zu der spannenden Frage, ob es auf unserem Nachbarplaneten einmal einfache Lebensformen gegeben hat.

Energie

Wir nutzen sie jeden Tag, ohne groß darüber nachzudenken. Die Rede ist von der Energie. Aber woher kommt der Strom eigentlich, mit dem wir das Smartphone aufladen oder den Herd anschalten? Und wusstest du schon, dass auch in deinem Frühstück jede Menge Energie steckt, die du anschließend beim Fahrradfahren oder Laufen sogar verwandeln kannst? Genau um solche Fragen geht es in unserem Lernmodul zur Energie. Da erfährst du viel Wissenswertes zu diesem wichtigen Thema – und du kannst zuschauen, wie unsere Physikerin Sina eine Kokosnuss zertrümmert. Was das mit Energie zu tun hat? Du wirst staunen!