Energie und Klimaschutz in Schulen Materialien zur Gestaltung eines Workshops Thema Energie für die Jahrgangsstufe 3/4

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1 Klimaschutz und Bildung Energie und Klimaschutz in Schulen Materialien zur Gestaltung eines Workshops Thema Energie für die Jahrgangsstufe 3/4

2 Impressum Herausgeber Senatsverwaltung für Stadtentwicklung und Umwelt Kommunikation Württembergische Straße Berlin Ansprechpartnerin: Corina Conrad-Beck corina.conrad-beck@stadtentwicklung.berlin.de Alle Informationen zum Angebot Energie und Klimaschutz in Schulen finden sich im Internet unter Ansprechpartner für die Workshop-Materialien SWiM Bildung UG (haftungsbeschränkt) Sachsendamm Berlin Ansprechpartner: Christian Johann Tel.: 030 / christian.johann@swim-bildung.de Berliner Energieagentur Französische Str Berlin Ansprechpartnerin: Susanne Kramm Tel.: 030 / kramm@berliner-e-agentur.de Bildnachweis Berliner Energieagentur: Keyvisual/Titelseite Pixabay.com: Arbeitsblatt: TV, Heizung, Burger SWiM Bildung: Anleitung: Windrad Berlin, September 2015

3 Lehrkräfte-Handreichung 1. Inhaltsbeschreibung Der Workshop bietet Schülerinnen und Schülern der 3. und 4. Klasse einen ersten Zugang zum Thema Energie. Die Schülerinnen und Schüler lernen die unterschiedlichen Formen von Energie kennen. Hierbei wird der Bezug zur Lebenswelt durch Beispiele aus dem Alltag hergestellt. Die Schülerinnen und Schüler setzen sich bei einem Brainstorming mit der Definition von Energie auseinander und überlegen sich, wo verschiedene Energieformen zu finden sind. Außerdem lernen sie die Begriffe Energieumwandlung und Energienutzung und konkrete Beispiele dafür kennen. Zum Schluss wird durch ein selbst gebasteltes Windrad das Erlernte gesichert. Lernziele Die Schülerinnen und Schüler können Energie definieren. Die Schülerinnen und Schüler können zwischen verschiedenen Formen von Energie unterscheiden und anhand von Beispielen die Unterschiede verdeutlichen. Die Schülerinnen und Schüler können Möglichkeiten zur Energiegewinnung näher erläutern. 2. Inhaltsübersicht Zu jedem Baustein Hinweise in Zeitplan und Lehrkräfte-Handreichung beachten. 1. Baustein: Brainstorming Was ist Energie? - OH-Folie Definition Energie 2. Baustein: Memory Wo finden wir welche Energieform? - Vorlage Memory Wo finden wir welche Energieform? 3. Baustein: Windrad basteln - OH-Folie Wir basteln ein Windrad 4. Baustein (optional): Energieformen und Nutzung/Vorkommen zuordnen - Arbeitsblatt Verschiedene Formen von Energie

4 3. Zeitplan (insgesamt 90 Minuten) Zeit Was macht die Lehrkraft? Was machen die Schüler? Material Bemerkung Didaktische Begründung 3 Min Vorstellung von eigener Person und Programm Hören zu 10 Min Brainstorming mit SuS: Was fällt euch zum Thema Energie ein? / Welche Dinge fallen dir zum Thema Energie ein? wenn zu wenig Rückmeldungen kommen, Hilfestellungen liefern: Was bedeutet das: Puh, ich habe keine Energie mehr oder eine Maschine braucht ganz viel Energie? Was kann alles viel Strom verbrauchen? Anregungen geben (s. Handreichung) Ihr merkt schon, dass es gar nicht so einfach ist, einen Begriff wie Energie zu definieren. Geben Antworten Tafel Lehrkraft schreibt den Begriff Energie an die Tafel. Gesagtes bitte an der Tafel festhalten. Mögliche Antworten sind: Heizung, Handy aufladen, Kochen, Licht einschalten Falls die SuS keine/ zu wenige Antworten geben, bitte Hilfestellung geben. Einführung in das Thema Aktivierung der SuS Wir erarbeiten den Begriff und die Zusammenhänge heute in unserem Workshop. 10 Min Lehrkraft gibt die Definition für Energie: Energie ist die Fähigkeit, Arbeit zu verrichten. Erarbeitung anhand von Beispielen: Hören zu, geben Antworten OH-Folie Definition Energie Zettel mit Energieformen: Die Definition wird für die SuS lebendig, wenn sie durch Beispiele belegt wird. Mögliche Binnendifferenzierung und Umwelt Berlin und wird gemeinsam mit der Berliner Energieagentur und SWiM Bildung realisiert. Seite2

5 Zeit Was macht die Lehrkraft? Was machen die Schüler? Material Bemerkung Didaktische Begründung SuS erklären, wo die Arbeit verrichtet wird: Energie tritt in unterschiedlichen Formen auf. Was könnt ihr euch unter folgenden Begriffen vorstellen? SuS fragen, ob sie Energieformen kennen. Farbige Zettel mit den Energieformen beschriften Gelb = elektrische Energie / Strom Grün = Bewegungsenergie Rot = Wärmeenergie/ Wärme Blau = chemische Energie OH-Stifte Fehlende Energieformen ergänzt die Lehrkraft 5 Min Einteilung in 4 Gruppen, möglichst am gleichen Platz Gehen in die Gruppen 15 Min Memory wird erklärt und ausgeteilt. Hören zu Spielen Memory Vorlage Memory Vorlage drucken, zerschneiden und evtl. laminieren und Umwelt Berlin und wird gemeinsam mit der Berliner Energieagentur und SWiM Bildung realisiert. Seite3

6 Zeit Was macht die Lehrkraft? Was machen die Schüler? Material Bemerkung Didaktische Begründung 10 Min Wir haben die unterschiedlichen Formen von Energien kennengelernt. Wir erinnern uns: Energie ist die Fähigkeit Arbeit zu verrichten. Strom und Wärme sind aber nicht einfach da. Sie müssen erzeugt werden und irgendwie zu uns nach Hause gebracht werden, damit wir heizen oder kochen können. Brainstorming zu den Möglichkeiten der Stromerzeugung Tafel Motivation und Begründung für das nachfolgende Basteln Lebensweltbezug wird nähergebracht Eigenständige Erarbeitung und Ergebnissicherung Vertiefung des Themas Wie können wir Energie nutzen? Lehrkraft sammelt Ideen an der Tafel. Umwandlung von Kohle in Strom im Kraftwerk, dann Transport über Stromleitungen in unsere Häuser. Solarenergie: Solaranlagen wandeln die Energie der Sonne in Strom oder Wärme um. In Berlin gibt es viele Solarstromanlagen, z. B. auf dem Roten Rathaus. Fokus auf das Windrad/ Windenergie: Wind liefert sauberen Strom. 2 Windräder in Berlin und viele in Brandenburg nennen. Den SuS erklären, wie ein Windrad funktioniert und warum es umweltfreundlich ist. Wir nutzen jetzt noch die Zeit, um ein Windrad zu basteln. und Umwelt Berlin und wird gemeinsam mit der Berliner Energieagentur und SWiM Bildung realisiert. Seite4

7 Zeit Was macht die Lehrkraft? Was machen die Schüler? Material Bemerkung Didaktische Begründung 25 min Leitet das Basteln an, zeigt jeden Schritt deutlich von vorne, gibt Hilfestellung. Basteln das Windrad OH-Folie Wir basteln ein Windrad Farbiges Papier (quadratisch) Lehrkraft leitet das Basteln Schritt für Schritt an Haptische Auseinandersetzung mit dem Thema Nadeln Strohhalme Windräder Lehrkräfte-Handreichung Ggf. auf weiteren WS verweisen 5 min Zusammenkommen: Energie des Windrads besprechen. Ergebnissicherung Ergebnissicherung / Präsentation 15 min Optional: Zuordnung von Energieformen Arbeitsblatt austeilen und Aufgabe erklären SuS beim Ausfüllen des Arbeitsblatts unterstützen Füllen leere Felder im Arbeitsblatt aus Arbeitsblatt Verschiedene Formen von Energie Anwendung des Gelernten Kann je nach Schülergruppe optional eingesetzt werden. und Umwelt Berlin und wird gemeinsam mit der Berliner Energieagentur und SWiM Bildung realisiert. Seite5

8 4. Hintergrund: Definition und Anwendung von Energie Definition: Energie 1. Energie wird genutzt, um einen Körper zu bewegen oder zu beschleunigen, um einen Stoff zu erwärmen, um elektrischen Strom fließen zu lassen, um einen Körper zu verformen oder um elektromagnetische Wellen abzustrahlen. 2. Für den Menschen ist Energie eine zwingende Voraussetzung für das Leben. 3. Energie kann in verschiedenen Energieformen vorkommen. Dazu gehören z.b. elektrische Energie (Strom), mechanische Energie (kinetische oder Bewegungsenergie), chemische Energie oder thermische Energie (Wärme). 4. Energie kann von einer Form in eine andere umgewandelt werden. Dabei bleibt die gesamte Energiemenge stets erhalten möglicherweise in mehreren Energieformen. (Energieerhaltungssatz) Vorkommen und Anwendung von Energie Energie kommt überall im Leben vor in Lebewesen, in Luft und Wasser, in Gegenständen und Rohstoffen, im Weltall und auf dem Meeresgrund. Manche Energie können wir uns nutzbar machen. Wir benötigen am meisten Strom, Wärme und Energie zur Umwandlung von Stoffen. Wir gewinnen Strom und Wärme zum Beispiel aus Kohle, Holz, Erdöl und Erdgas sowie aus Wind, Sonne und fließendem Wasser. Wo wird Energie umgewandelt? Die Bewegungsenergie eines Flusses wird in einer Talsperre in Strom umgewandelt. Die chemische Energie, die in Kohle oder Holz gespeichert ist, wird durch Verbrennung in einem Kraftwerk in Wärme umgewandelt. Die chemische Energie von Benzin wird in einem Motor in Bewegung umgewandelt. Wie wird Energie genutzt? Wo kommt welche Energieform vor? Strom: elektrische Geräte wie Fernsehgerät, Telefon, Computer, Radio Wärme: Heizung, Sonne, Ofen, Lagerfeuer, Kerze, Körper, Badewanne, Mittagessen Bewegung: S-Bahn- und Fahrradfahren, Müllabfuhr, Fließen der Spree, Wind

9 5. Lösungsansatz zum Brainstorming Was ist Energie? Fragestellung Woher kommt Energie? Wo benötigen / nutzen wir Energie zuhause? Wo sehen / spüren wir Energie? Wo nutzen wir selbst Energie? Mögliche Beispiele / Antworten Kraftwerk, Steckdose, Windrad, Kohle, Sonne, Motor, Essen, Flüsse, Holz, Körper Heizung, Haartrockner, Computer, Herd, Fernseher, Waschmaschine, Handy, Kühlschrank Essen Körper, Sonnenschein, Straßenlaterne, Wasserfall, Straßenverkehr, Lagerfeuer, Wind, Sport, Ofen, Blitz Sport, Hausaufgaben, auf dem Schulweg, beim Denken 6. Hintergrund zum Baustein Energie durch Windkraft Wind besitzt Bewegungsenergie. Das kann man selbst feststellen, wenn z. B. unser Schirm weggeweht wird. Diese Bewegungsenergie kann genutzt werden, um elektrischen Strom zu erzeugen. Da es sich bei Windenergie um eine endlose Ressource handelt, gehört er zu den erneuerbaren Energien. Wie funktioniert eine Windenergieanlage? (häufig Windrad genannt) Der Wind trifft auf den Rotorblättern einer Windenergieanlage auf und setzt damit den Rotor in Bewegung. Die Drehbewegung des Rotors wird auf einen Generator im Inneren der Windenergieanlage übertragen. Der Generator wandelt die Drehbewegung in elektrische Energie, d.h. Strom, um. Der so erzeugte Strom kann dann über Stromleitungen in unsere Häuser gebracht werden. Strom, der mit einem Windrad erzeugt wird, verursacht keine Umwelt- oder Klimaschäden, denn dabei werden keine Brennstoffe eingesetzt und keine Treibhausgase erzeugt. Weil der Wind nicht gleichmäßig stark weht, kann eine zuverlässige Energieversorgung aus Windenergie bisher nicht sichergestellt werden. In Berlin gibt es momentan zwei Windenergieanlagen. Sie befinden sich im Bezirk Pankow das erste ist schon seit 2008 in Betrieb, das zweite seit Dezember Windräder benötigen viel Platz und können deshalb nicht überall aufgestellt werden. Häuser oder andere Infrastrukturen beeinträchtigen den Wind. Außerdem muss um Windenergieanlagen ein großer Sicherheitsabstand bis zu Gebäuden oder Straßen eingehalten werden.

10 7. Glossar (für Lehrkräfte) Energie Definition Beispiel elektrische Energie Bewegungsenergie Wärmeenergie chemische Energie Lageenergie Lageenergie besitzt ein Ball, den man hochhält. Er wandelt diese Energie in Bewegung um, wenn man ihn loslässt er verrichtet also Arbeit und verändert seine Position. Spannungsenergie Elektrische Energie ist die Fähigkeit von Strom, mechanische Arbeit zu verrichten, Wärme abzugeben oder Licht auszusenden. Bewegungsenergie wird auch kinetische Energie genannt. Durch Bewegungsenergie können Körper ihre Lage verändern. Körper nutzen Bewegungsenergie, um sich von einem Punkt zu einem anderen zu bewegen. Wärmeenergie wird auch thermische Energie genannt. Der Begriff bezeichnet die Wärme, die durch Reibung erzeugt wird. Verbrennung ist ein Prozess der Wärmeerzeugung. Chemische Energie kommt in chemischen Verbindungen vor und kann durch chemische Prozesse in Licht, Wärme, mechanische Energie usw. umgewandelt werden. Lageenergie wird auch als potentielle Energie bezeichnet. Lageenergie ist die Fähigkeit, etwas zu machen bzw. Arbeit zu verrichten. Als Spannungsenergie besitzt z. B. eine gespannte Feder. Auch in einem Bogen, mit dem einen Pfeil abschießen kann, steckt Spannungsenergie. Sie wird meistens in Bewegung umgewandelt. Strom benötigen wir, um elektrische Geräte zu betreiben, z. B. den Kühlschrank. Bewegungsenergie wird freigesetzt, wenn wir mit einem Seil in der Schulpause springen oder Jemandem einen Ball zuwerfen. Wärme benötigen wir, um z. B. Räume zu erwärmen. Wärmeenergie steckt z. B. im Duschwasser oder im Herd. Die Sonne gibt Wärme ab. Chemische Energie steckt z. B. in Lebensmitteln. Wenn wir etwas essen, wird z. B. die in Brot enthaltene chemische Energie in unserem Körper in Wärme umgewandelt. Chemische Energie steckt auch in Brennstoffen wie Gas oder Öl.

11 OH-Folie Definition Energie 1) Energie ist die Fähigkeit von Körpern, Arbeit zu verrichten. 2) Bei der Verrichtung von Arbeit wird Energie von einem Körper auf einen anderen übertragen oder in andere Energieformen umgewandelt. 3) Man kann Energie selbst nicht sehen oder anfassen. 4) Wir bemerken sie erst, wenn sie etwas bewirkt. Energie kann nicht verschwinden oder hergestellt werden. Sie kann von einer Form in eine andere umgewandelt werden. Beispiele für verschiedene Energieformen eine leuchtende Lampe Wind, der dir das Haar zerzaust Sonne, die auf der Haut brennt Licht im Klassenzimmer ein rollender Fußball ein heller Blitz der kalte Kühlschrank das rollende Fahrrad warme Heizung

12 OH-Folie Anleitung: Wir bauen ein Windrad! Für das Windrad benötigst du ein quadratisches Blatt Papier, eine Schere, eine Stecknadel oder Pinnnadel, einen Strohhalm. 1) Falte das Papier so, dass du 4 Faltlinien erhältst und ein Kreuz entsteht. 2) Schneide die 4 Faltlinien ein. Beginne in den Ecken und schneide nur bis ca. 1 cm vor dem Mittelpunkt! 3) Nimm an jeder Ecke einen der beiden Flügel und falte ihn zum Mittelpunkt des Blatts. Die Flügel sollen sich genau in der Mitte treffen! 4) Befestige das gefaltete Papier im Mittelpunkt mit der Nadel an dem Strohhalm! Fertig ist Dein Windrad.

13 Arbeitsblatt (Optionale Aufgabe) Verschiedene Formen von Energie In dieser Tabelle sind einige Felder noch nicht ausgefüllt. Ergänze die Tabelle mit einem Bild oder einem Text! Bild Energieform Wo kommt diese Energie vor? Strom?????? Bewegungsenergie bei einer Busfahrt beim Treppensteigen beim Laufen beim Fahrradfahren?? Heizung Sonne Lagerfeuer??? im Essen in Benzin???

14 Vorlage Memory Wo finden wir welche Energieform? Mehrfachzuordnungen von Energieformen und Anwendungen sind möglich! Wärme nutzt man, um das Klassenzimmer zu heizen? entsteht durch die Verbrennung von Holz oder Kohle? Wärme brauchst Du, um den Fernseher zu nutzen? steckt im Duschwasser? Wärme wird im Kraftwerk erzeugt und über Leitungen zu uns in die Schule gebracht? Strom

15 Elektroautos benötigen kein Benzin, um zu fahren. nutzen sie? Bewegungsenergie Bewegungsenergie Strom Bewegungsenergie nutzt Du, wenn Du im Sportunterricht an einem Seil hochkletterst? entsteht, wenn Du hinunter rutschst? Strom wirkt, wenn Dinge von einem Ort zum anderen gebracht werden? Du benötigst sie auch, wenn du zur Schule läufst. Welche beiden Energieformen wirken an einem Fahrstuhl?

16 Bewegungsenergie steckt in unseren Lebensmitteln? Chemische Energie Bewegungsenergie steckt im Benzin? In welche Energieform wandelt der Motor eines Autos diese Energieform um? Chemische Energie Chemische Energie steckt in Kohle? In welche andere Energieform wird sie durch Verbrennen umgewandelt? Wärme