Didaktische Hinweise

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1 46/ (FWU) / (Klett) Treibhauseffekt und Ozonloch Didaktische Hinweise Seite 1/7 Didaktische Hinweise Kurzbeschreibung Der anthropogene Treibhauseffekt und das Ozonloch werden heute häufig in einem Atemzug genannt. In aufwendigen Animationen erklärt die Produktion, dass die zwei Phänomene allerdings auf sehr unterschiedlichen physikalisch-chemischen Vorgängen beruhen. Der Einfluss des Menschen spielt jedoch in beiden Fällen eine große Rolle. Wie stark Treibhauseffekt und Ozonloch das Leben auf der Erde in Zukunft beeinflussen, liegt daher in unserer Hand. Die Produktion kann im Rahmen der folgenden Schwerpunkte eingesetzt werden: Vertikaler Aufbau der Atmosphäre Wellenlängen solarer und terrestrischer Strahlung Die Ozonschicht als UV-Schutzschild Ozonaufbau und Ozonabbau in der Ozonschicht Funktionsweise des natürlichen Treibhauseffektes anthropogen verursachte Treibhausgase Bildung bodennahen Ozons Abbau der Ozonschicht durch FCKW / Ozonloch Differenzierung von Treibhauseffekt und Ozonloch Adressaten Allgemeinbildende Schule (9 13) Vorkenntnisse Es sind keine speziellen Vorkenntnisse notwendig. Grundkenntnisse über den molekularen Aufbau von Stoffen und die Abläufe chemischer Reaktionen sind jedoch hilfreich. Bezug zu Lehrplänen und Bildungsstandards Kompetenzbereich Fachwissen lernen die Funktionsweise des natürlichen Treibhauseffekts; erkennen den Einfluss des Menschen auf den Treibhauseffekt; verstehen, was ein Gasmolekül zum Treibhausgas macht; lernen die wichtigsten Treibhausgase kennen und differenzieren; unterscheiden kurzwellige und langwellige Strahlung; verstehen die natürlichen chemischen Abläufe in der Ozonschicht; können den Ozonabbau durch FCKW erklären; verstehen, warum das Ozonloch über der Antarktis liegt; können die jahreszeitliche Dynamik des Ozonlochs nachvollziehen.

2 46/ (FWU) / (Klett) Treibhauseffekt und Ozonloch Didaktische Hinweise Seite 2/7 Kompetenzbereich Erkenntnisgewinnung identifizieren Treibhausgasmoleküle anhand von Schwingfedermodellen; recherchieren Maßnahmen zur Senkung des Treibhauseffekts; unterscheiden Treibhauseffekt und Ozonloch; realisieren die langandauernde Problematik der FCKW-Emissionen; erkennen am Beispiel des FCKW-Verbots die Bedeutsamkeit und Effektivität globalen Handelns. Kompetenzbereich Beurteilung/Bewertung beurteilen Maßnahmen zum Schutz der Ozonschicht; diskutieren die Folgen des Treibhauseffekts; entwickeln Fragestellungen zum Klimaschutz; bewerten Aussagen von Klimaskeptikern. Kompetenzbereich Kommunikation/Methodenkompetenz verstehen grundlegende Fachliteratur zu Treibhauseffekt und Ozonloch; recherchieren Fachwissen aus verschiedenen Quellen; sind in der Lage, Fehlvorstellungen zu erkennen und zu korrigieren; stellen komplexe Sachverhalte verständlich in eigenen Worten dar. Einsatzmöglichkeiten und Inhalt Der Film Treibhauseffekt und Ozonloch soll den Schülerinnen und Schülern (SuS) das grundlegende Fachwissen zu diesen beiden global relevanten Themen vermitteln. Der Grund für die gemeinsame Behandlung beider Schwerpunkte in einer Lerneinheit begründet sich in dem Anliegen, der nachweislich 1 sehr weit verbreiteten Fehlvorstellung, der Treibhauseffekt bedinge das Ozonloch (oder auch umgekehrt) aktiv entgegenzuwirken. Dazu werden zunächst beide Themen konkret und verständlich vermittelt und im Anschluss daran aufgezeigt, wo Überschneidungen und wo Differenzen vorliegen. Die Einsatzmöglichkeiten des Filmes sind vielfältig: a) Als Einstieg und somit erster Gesamtüberblick über den Inhalt einer Unterrichtseinheit. b) Als Abschluss und somit grundlegende Zusammenfassung einer Unterrichtseinheit. c) Stückweise und somit begleitend zu den einzelnen Teilen einer Unterrichtseinheit. In jedem Fall ist es wichtig, die Lernenden mit ihren im Vorfeld vorhandenen gedanklichen Prä- Konzepten und möglichen Fehlvorstellungen zu konfrontieren. Erst durch die aktive Auseinandersetzung mit den alten und neuen Denkmustern ist eine nachhaltige kognitive Umstrukturierung hin zum soliden Fachwissen möglich. 1 vgl. HARSCH, ESTAY, BARKE (2011): "Treibhauseffekt, Ozon und Saurer Regen Wissensstand und Fehlvorstellungen deutscher und spanischer Schüler". Praxis der Naturwissenschaften Chemie, 3/60, pp

3 46/ (FWU) / (Klett) Treibhauseffekt und Ozonloch Didaktische Hinweise Seite 3/7 Begleitet wird der Film durch sechs Arbeitsblätter, die einzelne Aspekte des Films vertiefen sowie weiterführendes Wissen zu im Film nicht angesprochenen Punkten vermitteln. Durch den Erwerb des Fachwissens und den Abbau von Fehlvorstellungen werden die SuS motiviert, sich auch über die Lerneinheit hinaus mit Lufthygiene und Klimaschutz auseinanderzusetzen. Dabei können sie ihr erworbenes Wissen auf politisch und gesellschaftlich aktuelle Schwerpunkte, wie beispielsweise die Klimaskeptiker-Debatte, anwenden und sich eine eigene Meinung bilden. Auf diese Art werden sie für klimapolitische Themen sensibilisiert und es besteht die Chance einer aktiven Teilnahme an diesbezüglichen Diskussionen und Maßnahmen. Der Film ist wie folgt strukturiert: Einleitung Strahlung Wellenlängen solarer und terrestrischer Strahlung Natur Mensch Schlussbetrachtung Ozonschicht Natürlicher Treibhauseffekt Anthropogener Treibhauseffekt Troposphärisches Ozon Ozonloch Treibhauseffekt und Ozonloch Ozonschicht als UV-Schutzschild Natürlicher Ozonaufbau/-abbau in der Ozonschicht Funktionsweise des natürlichen Treibhauseffekts Wichtigste natürliche Treibhausgase Einfluss des Menschen auf den Treibhauseffekt Wichtigste menschlich verursachte Treibhausgase Treibhauspotenzial der wichtigsten Treibhausgase Bildung bodennahen Ozons Abbau der Ozonschicht durch FCKW Bildung des Ozonlochs über der Antarktis Differenzierung von Treibhauseffekt und Ozonloch Film Treibhauseffekt und Ozonloch Film (17 min) Dramatische Eisschmelze in der Arktis, Ist der Treibhauseffekt noch zu stoppen?, Kohlenstoffdioxid ein Klimakiller?, Ozonloch wieder gewachsen! Schlagzeilen, die wir immer wieder lesen können. Doch was genau verbirgt sich hinter den Phänomenen Treibhauseffekt und Ozonloch? Haben sie überhaupt etwas miteinander zu tun? Der Film erklärt zunächst die Grundlagen (u. a. die Sonnenstrahlung), die für das Verständnis über die Entstehung des Treibhauseffektes und des Ozonloches essenziell sind. Anschließend führt ein aufsteigender Wetterballon durch die unterschiedlichen Schichten der Erdatmosphäre. Der Fokus wird hierbei auf die Ozonschicht gelenkt. Im weiteren Film lernen die Schülerinnen und Schüler die Unterschiede zwischen dem natürlichen und dem anthropogenen, also dem vom Menschen verursachten Treibhauseffekt kennen. Es werden alle wichtigen Treibhausgase benannt, sowie deren chemische Formeln, Vorkommen und Entstehungsorte beschrieben. Anschauliche Animationen erklären die wesentlichen chemischen Vorgänge, wie die Ozonentstehung oder die Spaltung von FCKW. Eine Gegenüberstellung der Phänomene Treibhauseffekt und Ozonloch rundet den Film ab und arbeitet nochmals die wesentlichen Unterschiede klar und prägnant heraus.

4 46/ (FWU) / (Klett) Treibhauseffekt und Ozonloch Didaktische Hinweise Seite 4/7 Begleitend zum Film können sechs Arbeitsblätter und zwei Interaktionen zur Ergänzung, Vertiefung und nachhaltigen Festigung der Lerninhalte verwendet werden: Arbeitsblatt 1: Luftschadstoffe Da liegt was in der Luft! Arbeitsblatt 2: Der natürliche Treibhauseffekt Arbeitsblatt 4: Der anthropogene Treibhauseffekt Arbeitsblatt 5: Ozon Ein Spurengas mit großer Bedeutung Arbeitsblatt 6: Ozonschicht, Ozonloch und Ozonsmog Oben hui, unten pfui Interaktion 1: Interaktion 2: Unsere Atmosphäre Wo entstehen Treibhausgase? Sequenzen Die Sonnenstrahlung (Filmsequenz 1:40 min) Das Licht der Sonne bewegt sich in elektromagnetischen Wellen fort. Je kürzer die Wellenlänge, desto höher die Energie der Strahlung. Der unsichtbare ultraviolette Teil der Strahlung die UV-Strahlung wird in drei Bereiche unterteilt: die relativ ungefährliche UV-A-Strahlung, die energiereichere UV-B- Strahlung und die besonders kurzwellige und schädliche UV-C-Strahlung. Die Sequenz eignet sich zum Einstieg in die Thematiken Treibhauseffekt und/oder Ozon. Begleitend können folgende Arbeitsblätter eingesetzt werden, für die allerdings bereits einige Vorkenntnisse hinsichtlich der Phänomene Treibhauseffekt und Ozonbildung bzw. Ozonabbau benötigt werden. Im Arbeitsblatt Treibhausgase und ihre Eigenschaften geht es um die Funktionsweise von Treibhausgasmolekülen. Es wird auf molekulare Schwingungen eingegangen und die Erstellung eigener Molekül-Modelle angeregt. Auf diese Art soll ein schlichtes Auswendiglernen der wichtigsten Treibhausgase durch ein eigenständiges Herleiten anhand konkreter Kriterien ersetzt werden. Im Arbeitsblatt Der anthropogene Treibhauseffekt werden neben dem Aspekt Strahlung auch die Einordnung und Differenzierung von Treibhausgasen, Spurengasen und Luftschadstoffen abgehandelt und zudem die Fehlvorstellung Ozonloch/Treibhauseffekt erneut angesprochen. Das Arbeitsblatt Ozon Ein Spurengas mit großer Bedeutung dient zur Wiederholung, Vertiefung und interthematischen Vernetzung der wichtigsten Aspekte zum Themenfeld Ozon. Auch hier geht es um Strahlung und Fehlvorstellungen. Darüber hinaus werden FCKW und Lachgas als ozonabbauende Substanzen angesprochen, sowie gesundheitsschädigende Aspekte thematisiert. Arbeitsblatt 4: Der anthropogene Treibhauseffekt Arbeitsblatt 5: Ozon Ein Spurengas mit großer Bedeutung Die Ozonschicht (Filmsequenz 2:20 min) Was ist Ozon? Und wo befindet sich eigentlich die Ozonschicht? Die Sequenz schickt uns mit einem Wetterballon auf die Reise durch die ersten Schichten der Erdatmosphäre. An der Ozonschicht angelangt, werden die chemischen Reaktionen des natürlichen Gleichgewichts zwischen Ozonbildung und Ozonabbau durch Animationen anschaulich und schülergerecht dargestellt. Zur Vertiefung und Festigung der Inhalte kann das Arbeitsblatt Ozonschicht, Ozonloch und Ozonsmog Oben hui, unten pfui! herangezogen werden. Mit diesem kann verdeutlicht werden, in welchen atmosphärischen Schichten Ozon zu finden ist und wie es dort entsteht. Dazu wird zunächst auf den photochemischen Reaktionszyklus in der Ozonschicht eingegangen. In einem weiteren Schritt geht es dann um den Abbau von Ozon in der Stratosphäre, wobei besonderes Augenmerk auf die Gründe für die Ausbildung des Ozonlochs über der unbesiedelten Antarktis gelegt wird. In einem letzten Schritt wird das bodennah gebildete Ozon, welches im Extremfall zu Ozonsmog führen kann, behandelt. Arbeitsblatt 6: Ozonschicht, Ozonloch und Ozonsmog Oben hui, unten pfui

5 46/ (FWU) / (Klett) Treibhauseffekt und Ozonloch Didaktische Hinweise Seite 5/7 Der natürliche Treibhauseffekt (Filmsequenz 3:00 min) Ohne die Atmosphäre hätten wir auf der Erde eine Durchschnittstemperatur von minus 18 Grad Celsius. Doch tatsächlich herrscht auf unserem Planeten eine angenehme Oberflächentemperatur von rund plus 15 Grad Celsius. Dies haben wir vor allem dem Phänomen des natürlichen Treibhauseffektes zu verdanken, der vereinfacht mit der Funktionsweise eines Gewächshauses verglichen werden kann. Dieser Vergleich wird den Schülerinnen und Schülern in dieser Sequenz ebenso näher gebracht wie alle wichtigen (natürlichen) Treibhausgase, deren chemische Bezeichnungen sowie ihr Vorkommen in der Erdatmosphäre und ihre Entstehungsorte. Das Thema kann anhand mehrerer Arbeitsblätter ergänzt und vertieft werden. Das Arbeitsblatt Luftschadstoffe Da liegt was in der Luft! behandelt die Hauptkomponenten der Luft, sowie die Begriffe Spurengas und Luftschadstoff. Die Kenntnis der Luftzusammensetzung, sowie die Begriffsdifferenzierung dienen auch als Basis für die Behandlung aller Arbeitsblätter dieser Produktion. Das Arbeitsblatt Der natürliche Treibhauseffekt behandelt die Funktionsweise des Treibhauseffekts und die Rolle des Treibhausgases Wasserdampf für das Klima auf unserer Erde. Da die Fehlvorstellung eines vermeintlichen Zusammenhangs zwischen dem Treibhauseffekt und dem Ozonloch allgemein weit verbreitet ist, wird hier konkret darauf eingegangen und so zur aktiven Wissenskorrektur beigetragen. Im Arbeitsblatt Treibhausgase und ihre Eigenschaften geht es um die Funktionsweise von Treibhausgasmolekülen. Es wird auf molekulare Schwingungen eingegangen und die Erstellung eigener Molekül- Modelle angeregt. Auf diese Art soll ein schlichtes Auswendiglernen der wichtigsten Treibhausgase durch ein eigenständiges Herleiten anhand konkreter Kriterien ersetzt werden. Zur schülermotivierenden Erarbeitung und Wiederholung der Inhalte steht außerdem eine Interaktion zur Verfügung. Arbeitsblatt 1: Luftschadstoffe Da liegt was in der Luft! Arbeitsblatt 2: Der natürliche Treibhauseffekt Interaktion 2: Wo entstehen Treibhausgase? Der anthropogene Treibhauseffekt (Filmsequenz 4:20 min) Dank des natürlichen Treibhauseffektes herrscht bei uns auf der Erde eine Durchschnittstemperatur von plus 15 Grad Celsius. Seit einigen Jahrhunderten greift der Mensch jedoch in das natürliche System der Erderwärmung ein und sorgt für einen künstlich verstärkten Treibhauseffekt den anthropogenen Treibhauseffekt. Der Filmteil stellt die bedeutendsten vom Menschen emittierten Treibhausgase vor: Kohlenstoffdioxid, Methan, Lachgas, FCKW und Ozon. Vor allem die inzwischen weltweit verbotenen FCKW-Gase sind extrem langlebig. Ihr Treibhauspotenzial entspricht dem bis zu fachen von Kohlenstoffdioxid. Auch die Treibhauswirkung von bodennahem, anthropogenem Ozon hat an Bedeutung gewonnen. Bei uns Menschen wirkt Ozon schleimhautreizend. Besonders an heißen Sommertagen wird daher vor zu hohen Ozonwerten gewarnt. Anhand der folgenden Arbeitsblätter kann das Thema weiter erarbeitet werden. Im Arbeitsblatt Treibhausgase und ihre Eigenschaften geht es um die Funktionsweise von Treibhausgasmolekülen. Es wird auf molekulare Schwingungen eingegangen und die Erstellung eigener Molekül-Modelle angeregt. Auf diese Art soll ein schlichtes Auswendiglernen der wichtigsten Treibhausgase durch ein eigenständiges Herleiten anhand konkreter Kriterien ersetzt werden. Das Arbeitsblatt Der anthropogene Treibhauseffekt fasst die wichtigsten Aspekte zum Themenfeld zusammen. Neben der Strahlung werden auch die Einordnung und Differenzierung von Treibhausgasen, Spurengasen und Luftschadstoffen abgehandelt und zudem die Fehlvorstellung Ozonloch/ Treibhauseffekt angesprochen. Zur schülermotivierenden Erarbeitung und Wiederholung der Inhalte steht außerdem eine spielerische Interaktion zur Verfügung. Arbeitsblatt 4: Der anthropogene Treibhauseffekt Interaktion 2: Wo entstehen Treibhausgase?

6 46/ (FWU) / (Klett) Treibhauseffekt und Ozonloch Didaktische Hinweise Seite 6/7 Das Ozonloch (Filmsequenz 2:10 min) In den 1980er Jahren haben Forscher festgestellt, dass sich die Ozonschicht über der Antarktis so stark ausgedünnt hat, dass man erstmals von einem Ozonloch sprach. Schuld an dessen Entstehung war und ist vor allem die Gruppe der langlebigen Fluorchlorkohlenwasserstoffe, kurz: FCKW. Die Sequenz zeigt, wie von den FCKW-Molekülen in der Stratosphäre durch die UV-Strahlung der Sonne Chloratome abgespalten werden, die wiederum zu einer extremen Verstärkung des Ozonabbaus führen. Daran anschließend wird erklärt, warum man vor allem über der Antarktis in den (dortigen) Wintermonaten eine besonders starke Ausdünnung der Ozonschicht beobachten kann. Das Thema Ozonloch kann mit folgenden Arbeitsblättern sinnvoll vertieft und ergänzt werden. Das Arbeitsblatt Ozon Ein Spurengas mit großer Bedeutung dient zur Wiederholung, Vertiefung und interthematischen Vernetzung der wichtigsten Aspekte zum Themenfeld Ozon. Auch hier geht es um Strahlung und Fehlvorstellungen. Darüber hinaus werden FCKW und Lachgas als ozonabbauende Substanzen angesprochen, sowie gesundheitsschädigende Aspekte thematisiert. Mit dem Arbeitsblatt Ozonschicht, Ozonloch und Ozonsmog kann verdeutlicht werden, in welchen atmosphärischen Schichten Ozon zu finden ist und wie es dort entsteht. Dazu wird zunächst auf den photochemischen Reaktionszyklus in der Ozonschicht eingegangen. In einem weiteren Schritt geht es dann um den Abbau von Ozon in der Stratosphäre, wobei besonderes Augenmerk auf die Gründe für die Ausbildung des Ozonlochs über der unbesiedelten Antarktis gelegt wird. In einem letzten Schritt wird das bodennah gebildete Ozon, welches im Extremfall zu Ozonsmog führen kann, behandelt. Arbeitsblatt 5: Ozon Ein Spurengas mit großer Bedeutung Arbeitsblatt 6: Ozonschicht, Ozonloch und Ozonsmog Oben hui, unten pfui Treibhauseffekt und Ozonloch: Eine Gegenüberstellung (Filmsequenz 1:50 min) Mit dieser Sequenz kann zusammenfassend verdeutlicht werden, dass es sich bei Treibhauseffekt und Ozonloch um zwei sehr unterschiedliche Phänomene handelt. Durch ein Ozonloch kann die schädliche UV-Strahlung der Sonne ungefiltert bis zur Erdoberfläche gelangen. Vom Treibhauseffekt hingegen spricht man, wenn sich die Erdatmosphäre dank der in ihr enthaltenen Treibhausgase erwärmt. Doch trotz dieser Unterschiede haben beide Phänomene zumindest eine Gemeinsamkeit: Sowohl Ozon, als auch die ozonabbauenden FCKW sind Treibhausgase und spielen bei beiden Phänomenen eine wichtige Rolle. Begleitend zur Sequenz können alle Arbeitsblätter und Interaktionen dieser Produktion eingesetzt werden. Bilder / Grafiken Aufbau der Atmosphäre (Grafik) Die Grafik zeigt den vertikalen Aufbau unserer Atmosphäre inklusive Temperaturkurve. Darüber hinaus kann über die erweiterte Version (über den Info-Button) anschaulich dargestellt werden, welche Prozesse sich wo in der Atmosphäre abspielen. Die Grafik eignet sich daher auch gut für einen Einsatz am interaktiven Whiteboard. Zum Aufbau der Atmosphäre steht auch eine Interaktion bereit, in der die Namen der Schichten und einzelne grafische Elemente richtig zugeordnet werden sollen. Interaktion 1: Unsere Atmosphäre

7 46/ (FWU) / (Klett) Treibhauseffekt und Ozonloch Didaktische Hinweise Seite 7/7 Das Treibhausprinzip (vereinfacht) (Grafik) Die Grafik zeigt anhand der Funktionsweise eines Gewächshauses vereinfacht das Prinzip des Treibhauseffektes. Die Grafik liegt sowohl mit als auch ohne Beschriftung vor und kann deshalb auch gut am interaktiven Whiteboard eingesetzt werden. Das Polareis: Opfer des anthropogenen Treibhauseffektes? (2 Bilder) Zwei Bilder zeigen die Situation des Polareises um den Nordpol in den Jahren 1979/1980 und 2011/2012. Es wird deutlich, dass vor allem das mehrjährige Meereis in den vergangenen Jahrzehnten stark zurückgegangen ist. Ausgehend von dieser Feststellung können die Schülerinnen und Schüler in der Klasse oder in Kleingruppen die Auswirkungen des anthropogenen Treibhauseffektes diskutieren. Ozonabbau durch FCKW (Grafik) In der Grafik werden am Beispiel des Fluorchlorkohlenwasserstoffmoleküls CCl 3 F nochmals die einzelnen Schritte des Ozonabbaus durch FCKW in der Stratosphäre gezeigt. Die Grafik liegt sowohl beschriftet als auch unbeschriftet vor, so dass sie sich insbesondere für den Einsatz am interaktiven Whiteboard eignet. Das Ozonloch (Bild) Eine Bilderreihe zeigt die Entwicklung des Ozonlochs über der Antarktis während der Jahre 1982 bis Seine bisher größten Ausmaße erreichte das Ozonloch im September des Jahres Nach neuesten Messungen war das Ozonloch hingegen im Jahr 2012 so klein wie seit vielen Jahren nicht mehr. Interaktionen Unsere Atmosphäre (Interaktion) In der Interaktion sollen die Schülerinnen und Schüler per Drag-and-drop die Namen der Atmosphärenschichten zuordnen. Die Zeit für die Bearbeitung ist limitiert. Wird die Aufgabe nicht innerhalb des Zeitrahmens gelöst, muss man noch einmal von vorne beginnen. In einer zweiten Runde werden nach Zufallsprinzip jeweils 6 verschiedene grafische Elemente (z. B. Wolken, Meteore) angezeigt, die ebenfalls richtig verortet werden sollen (hier allerdings ohne Zeitlimit). Wo entstehen Treibhausgase? (Interaktion) Mithilfe dieser Interaktion soll bei den Schülerinnen und Schülern ein Bewusstsein geschaffen werden, welche Prozesse auf der Erde für die Freisetzung bestimmter Treibhausgase verantwortlich sind. Pro Runde werden neun Bilder angezeigt, denen jeweils ein oder mehrere Treibhausgase zugeordnet werden können. Hat man die Aufgabe richtig gelöst, erhält man jeweils einen kurzen Infotext, in denen die im Bild dargestellten Vorgänge erklärt und vertieft werden.