Gymnasium Ochsenhausen Curriculum. Fach: NWT Klassenstufe: 8/9/10

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1 Gymnasium Ochsenhausen Curriculum Fach: NWT Klassenstufe: 8/9/10 Generell gilt im Fach NWT: Durch die Konzeption in drei Modulen je Halbjahr, dem Unterricht in Kleingruppen und mit den Schwerpunkten auf Teamarbeit, projekthaftem Arbeiten und technischen Fertigkeiten erhalten die Schüler in allen Modulen vielfältige personale und soziale Kompetenzen, z.b. fächerverbindendes naturwissenschaftlich-technisches Denken, Verständnis für den Ablauf von Innovationsprozessen, Verständnis für die Rolle der Basiswissenschaften und deren Bedeutung in Alltag und Technik, Teamfähigkeit und Eigenverantwortlichkeit bei der Arbeit in Projekten, Durchhaltevermögen und Frustrationstoleranz bei der Lösung komplexer Aufgaben, Verständnis naturwissenschaftlich-technischer, auch englischsprachige Texte, Verfassen eigener naturwissenschaftlich-technischer Texte, die Fähigkeit, mit Hypothesen und Prognosen zu argumentieren, Planung naturwissenschaftlich-technischer Projekte im Team. (vgl. Bildungsplan S.398). Im Weiteren werden diese Kompetenzen nicht immer einzeln aufgeführt. Kompetenz Thema Inhalt Stunden Hinweis Organisation in Klasse 8: Es gibt drei Module zu den Themen Fortbewegung und Statik, Naturbeobachtung, Ernährung und Gesundheit. Jedes Modul umfasst ca. 12 Wochen, was im Schnitt ca. 48 Stunden entspricht. Modul Fortbewegung und Statik Kompetenzen Thema Inhalte Stunden Bemerkungen, Fertigkeiten Erkennen, dass Energieumwandlung bei der Aufrechterhaltung aller Systeme eine zentrale Rolle spielen. Beschreiben des Bewegungsapparat unter biomechanischen Aspekten. Möglichkeiten der Energienutzung analysieren und bewerten. Mechanische Konstruktions- und Funktionsprinzipien Fortbewegung Geschichte des Fahrrads, Konstruktionsprinzipien bei technischen Entwicklungen, Übersetzung und Entfaltung, Drehmoment, Wellrad, Kraftübertragung beim Getriebe, Reibung und Fahrwiderstand (Energie), Getriebe im menschlichen Bewegungsapparat. 20 Für das ganze Schuljahr gilt: Die Erarbeitung der Themen erfolgt weitgehend in schüleraktiven Experimenten, Kleinprojekten und Planarbeit, die eigenen Leistungen und Protokolle ergeben eine schriftliche Leistungsmessung. Technische Fertigkeiten: Umgang mit Messinstrumenten wie Schieblehren,

2 anwenden. Analogien zwischen technischen und natürlichen Systemen beschreiben. Kraftmessgeräte, Meterstäben, Schraubzwingen, o.ä. Messungen planen, und die Ergebnisse grafisch darstellen Diagramme erstellen, auswerten und interpretieren Objekte nach Kategorien ordnen und einen Bestimmungsschlüssel erstellen Die statische Konstruktion eines Bauwerkes erläutern Analogien zwischen technischen und natürlichen Systemen erkennen und beschreiben Messungen mit einem selbst hergestellten Instrument In Größenordnungen denken und sinnvolle Abschätzungen Statik Brückentypen, Statische Grundprinzipien, Kräftegleichgewicht, Vier Kraftwirkungen der Statik, Last und Lastarten, Kräfte in unterschiedliche Richtungen, Kräfte im Fachwerk, Kräfte in Balkenbrücken Bogenbrücken, Seilbrücken, Kettenlinien, Konstruktionsarten von Bücken, Eigenschaften von Baumaterialien (z.b. Beton) 28 Technische Fertigkeiten: Umgang mit Kleinwerkzeugen zur Holzbearbeitung, Sägen, Raspeln, Akkuschrauber, Heißkleber, Gehrungssäge bei den Projekten Schalungsbau, Betonbrücke, Bogenbrücke und Seilbrücke. Technische Datenblätter nutzen Modelle für die konstruktiven Eigenschaften eines Werkes herstellen

3 Modul Naturbeobachtung Verstehen von Strukturund Funktionszusammenhänge, positiver und negativer Rückkopplung, Vernetzung; Erschließung von Stoffkreisläufen; Zusammenwirken von Teilsystemen, Gleichgewichten; Analysieren eines Lebensraumes; Beschreibung der Eigenschaften verschiedener Mineralien und Gesteine; Ermittlung der Eigenschaften verschiedener Böden; Untersuchung von Faktoren die Wetter und Klima beeinflussen; Erläuterung wie Lebewesen ihre Umwelt formen und von ihr geformt werden; Energieströme werden mit atmosphärischen Vorgängen in Verbindung gesetzt; Erläuterung der Bedeutung der Sonne für das Leben auf der Erde; Analyse und Bewertung der Veränderungen des Systems Erde durch menschliches Eingreifen; Aufnahme und Auswertung Wetter Boden Gewässer Kenngrößen des Wetters wie Temperatur, Niederschlag, Windgeschwindigkeit, Luftfeuchte, Luftdruck; Wolkenentstehung bis Wolkenklassifizierung; Planung und Bau von Wetterstationen; Beobachten, Erfassen der Kenngrößen in Langzeitmessungen und Auswertung der Ergebnisse, Erstellung von Diagrammen; großräumige Windsysteme; Auswertung von Wetterkarten Bodenentstehung; Bodenarten und -typen mit Profilen, Bodenqualität, Bodenfruchtbarkeit, etc.; Schlämmanalyse; Messung des Wasserhaltevermögens, chemische Untersuchung von Böden (Nährstoffgehalt, ph-wert, etc.); Langzeitversuch mit Pflanzen; Bodenzerstörung Gewässeruntersuchung von Fließgewässer und Schulteich: chemische, biologische, physikalische und geografische Untersuchung von Fließ- und stehenden Gewässern: Messung von Sauerstoffgehalt und ph-wert, Erfassung des Saprobienindexes und Zeigerpflanzen, Bestimmung der Sichttiefe mit selbst gebauten Messzylindern; Erfassen der Daten, Auswertung der Ergebnisse 16 Werkzeugführerschein incl. Einführung Ständerbohrmaschine und Akkuschrauber; Umgang mit Messgeräten; Umgang mit Computerprogrammen wie Tabellenkalkulations- oder Textverarbeitungsprogramm etc. 16 Technische Fertigkeiten: Grundlegende Chemische Untersuchungen 16 Technische Fertigkeiten: Grundlegende chemische Untersuchungen

4 von Langzeitbeobachtungen und - messungen; Ermittlung von Klima- und Wetterdaten; Auswerten und Lesen von Statistiken; Planung und Durchführung von Messungen, grafische Darstellung der Ergebnisse; Durchführung von Messungen mit einem selbst hergestellten Instrument; Erstellung, Auswertung und Interpretation von Diagrammen; Denken in Größenordnungen und Durchführung sinnvoller Abschätzungen; Ordnung von Objekten nach Kategorien, Erstellung eines Bestimmungsschlüssels; Durchführung chemischer Trennverfahren, chemischer Nachweise und Analyseverfahren; Herstellung von Modellen für die konstruktiven Eigenschaften eines Werkes; sachgerechte Nutzung von Hilfsmittel als Informationsquelle: Nachschlagewerke, Tabellenwerke, technische Datenblätter, topographische und geologische Karten und Bestimmung der Gewässergüte, Bachentwicklung der Mensch verändert Gewässer

5 Modul Ernährung und Gesundheit Nähr- und Zusatzstoffe in Nahrungsmitteln nachweisen und deren Bedeutung begründen; Konservierungsmethoden von Lebensmitteln vergleichen und bewerten Ernährungsgewohnheiten und -pläne im Hinblick auf gesundheitliche und ökologische Folgen beurteilen An einer Zivilisationskrankheit Ursachen und Folgen aufzeigen Ernährung und Gesundheit Zusammenhang Gesundheit Ernährung und gesellschaftliche Probleme körperl. Fitness Gesundheit Lebenswandel Ernährungskreis und pyramide Nahrungsbestandteile und Funktionen im Körper Was trinken so wichtig macht 10 Regeln für gesunde Ernährung Zucker im Übermaß: Ursachen und gesundheitl. Folgen Ernährungsfehler 10 Technische Fertigkeiten: einfache Reagenzien, Chemikalien, Indikatoren in Versuchen einsetzen Konservierung eines Apfels durch Trocknung Umgang mit dem Mikroskop: Einfache Mikroskop. Untersuchung eines Getreidekorns Medizintechnische Diagnose- und Therapieverfahren erklären. Energiebedarf: Grund- und Leistungsumsatz Energieverbrauch bei verschiedenen Tätigkeiten 6 Die Zusammensetzung eines Alltagsproduktes ermitteln Die Wirkung von Inhaltsstoffen eines Produktes begründen. Enzymatische Untersuchungen Statistiken lesen und auswerten positive/negative Energiebilanz und mögliche Auswirkungen auf körperliche Befindlichkeit und schulische Leistungen Energiegewinnung und Stoffwechsel 2 Nachweisversuche für Kohlenhydrate: Stärke und Zucker, Proteine, Fette, Vitamin C in Press-Saft Vitamine und Mineralstoffe, Lebensmittelzusatzstoffe und ihre Funktionen und mögliche Auswirkungen auf die 6 4

6 Objekte nach Kategorien ordnen und einen Bestimmungsschlüssel erstellen Chemische Trennverfahren Chemische Nachweise und Analyseverfahren Mikrobiologische und enzymatische Untersuchungen Gesundheit Ernährungsgewohnheiten früher heute Vollwerternährung und ihre gesundheitl. Bedeutung Körpergewichtsprobleme: Übergewicht und mögliche Ursachen und Folgen; Ess-Störungen : Mager- und Ess-Brechsucht Gemeinsames Abschluss - Essen 4 Pufferstunden für Wiederholungen, Nach- und Aufarbeiten, Vertiefungungen; Zeit für langsamere und verästelte Unterrichtsstunden u.a. Leistungsmessung und Besprechung Klasse 9 Organisation in Klasse 9: Drei Module, Elektronik, Mikrobiologie, Stoffe des Alltags, werden jeweils ca 12 Wochen unterrichtet. Wieder stehen jedem Modul damit ca. 48 Wochenstunden zur Verfügung Modul Elektronik Einfache elektronische Schaltungen bauen, Analogien zwischen technischen und natürlichen Systemen erkennen und beschreiben, In Größenordnungen denken und sinnvoll abschätzen, Sachgerechter und sorgfältiger Umgang mit Werkzeugen. Elektronische Bauteile Schaltsymbole, Widerstände, Transitor, Operationsverstärker, Kondensatoren. Einfache Schaltungen bauen analysieren und verstehen. 23 Für das ganze Schuljahr gilt: Die Erarbeitung der Themen erfolgt weitgehend in schüleraktiven Experimenten, Kleinprojekten und Planarbeit, die eigenen Leistungen und Protokolle ergeben eine schriftliche

7 Leistungsmessung. Elektronische Schaltungen bauen, Diagramme auswerten und interpretieren, Hilfmittel sachgerecht als Informationsquelle nutzen Sensoren LDR, Schrankwächter-Schaltung. Lichtabhängige Widerstände werden in einer OP-Schaltung als Sensor verbaut. 12 Technische Fertigkeiten: Umgang mit einer Lötstation. Löten einzelner Drähte und elektronische Bauteile auf eine Platine. Sägen mit Gehrungssäge und Dekupiersäge, Bohren mit Akkuschrauber und Standbohrmaschine, Umgang mit Kleinwerkzeugen zur Kunststoffbearbeitung (Feilen, Raspeln) Computer nutzen als Werkzeug, Messungen planen und, Ergebnisse grafisch darstellen, Kenntnis von Anwendungen der Informationstechnik Solartechnik Solarzelle, Kennlinie 8 Körperfunktionen auf physikalische Vorgänge zurückführen, Einblick in die Medizintechnik, Vertifete Kenntnisse über technische und natürliche Umwelt, medizintechnische Diagnoseund Therapieverfahren erklären. Medizintechnik EKG-Ableitungen, Pulsmessung, Blutdruckmessung 5 Technische Fertigkeiten: Umgang und Auswertung mit Excel Modul Mikrobiologie

8 Mikroorganismen Einteilung der Organismen 4 mikrobiologische und enzymatische Untersuchungen, Hilfsmittel sachgerecht als Informationsquellen nutzen: Formelsammlung, Nachschlagewerke, Tabellenwerke, technische Datenblätter Bakterien Vorkommen, Aufbau, Einteilung, Vermehrung und Wachstum, Sterilisationsmethoden, Mikrobiologische Arbeitsmethoden: Nährmedium, Pipettieren, Platten gießen, Verdünnungsreihe, Abklatschplatten 22 Die Schüler lernen typische mikrobiologische Arbeitstechniken (u.a. Gramfärbung, Sterilisationsmethoden, Zellzählung mit dem Photometer und einer Zählkammer) kennen und führen mikrobiologische Arbeitstechniken durch (Pipettieren, Platten gießen, Verdünnungsreihe, Luft- und Abklatschplatten). in einem biotechnischen Verfahren ein Produkt herstellen und verfahrenstechnische Parameter erfassen, Biotechnologische Anwendungen Stoffwechsel von Lebewesen, Zellatmung, Gärung, Milchsäurebakterien, Herstellung von Joghurt, Frischkäse und Sauerkraut, Essigsäurebakterien, Herstellung von Weinessig, Hefepilze, Herstellung von Hefeteig, Herstellung von Bier, Kläranlage, Biogasanlage 22 Die Schüler stellen biotechnologische Produkte, wie Essig, Joghurt, Frischkäse, Sauerkraut, Hefeteig, Wein, Bier selbst her. Langzeitbeobachtungen und messungen aufnehmen und auswerten, Messungen planen, und die Ergebnisse grafisch darstellen, Diagramme erstellen, auswerten und

9 interpretieren Konservierungsmethod en von Lebensmitteln vergleichen und bewerten, in Größenordnungen denken und sinnvolle Abschätzungen Modul Stoffe des Alltags Chemische Nachweise und Analyseverfahren Chemische Trennverfahren Diagramme erstellen und auswerten Wasser Nachweis, Bestimmung der Wasserhärte durch Titration Fett Aufbau, Nachweis, Löslichkeitsverhalten Eiweiß Aufbau und Nachweis Kohlenhydrate Aufbau, Nachweis von Glucose, Dichte von Zuckerlösungen, Zuckergehaltsbestimmungen mit Eichkurve, Süßungsstoffe, Stärke Handhabung von unterschiedlichen Geräten: Gasbrenner, Milligrammwaage, Bürette, Thermometer, Messpipetten, DC-Platten, Mikropipetten, Spektroskop, Destillationsapparat Die Zusammensetzung eines Alltagsproduktes ermitteln Die Wirkung von Inhaltsstoffen begründen Mineralstoffe Säuren Farbstoffe Aufbau, Ionennachweisreaktionen mit Ionengleichungen, Spektralanalyse Nachweis von Phosphorsäure, Milchsäure, Kohlensäure, Gehaltsbestimmung durch Titration Herstellung von Zuckercouleur, Papierchromatografie, Dünnschichtchrtomatografie, E-Nummern in Lebensmitteln

10 Alkohol Destillation, Gehaltsbestimmung durch Dichtemessung, Destillation von Cola Klasse 10 Organisation in Klasse 10: Es gibt drei Module zu den Themen Messen, Steuern, Regeln, Stoffkreisläufe, Astronomie. Jedes Modul umfasst ca. 12 Wochen, was im Schnitt ca. 48 Stunden entspricht (Im zweiten und dritten Modul erhalten die Schülerinnen und Schüler jedoch eine Doppelstunde Zeit für die Projekt-Facharbeit). Modul Messen, Steuern, Regeln Erkennen von Struktur- und Funktionszusammenhängen, Computer als Werkzeug nutzen für Messwerterfassung und Auswertung; Simulation dynamischer Systeme; Steuerung oder Regelung von Prozessabläufen Grundgedanken der MSR-Technik Anwendungen elektronischer Steuerungen und Regelungen im Alltag, Unterschied zwischen steuern und regeln. Grundgedanken der Regelungstechnik. Die vorbereitenden Tätigkeiten bei der Durchführung von Projekten münden in der 10ten Klasse in ein Projekt, das der Schüler, die Schülerin in einem der drei Module durchführt. Die Projektnote ist in Klasse 10 die vierte schriftliche Leistungsmessung. Modelle für die konstruktiven Eigenschaften eines Werkes herstellen Messungen planen und selbstständig Programmieren von Mikrocontrolern Aufbau von Mikrocontrolern und Boards (Basic Stamp 1), Programmierumgebung, Eingaben, Ausgaben, Pins und Ports. einfache elektronische Schaltungen bauen Die Schülerinnen und Schüler verstehen, ausgehend von einfachen Ursache- Wirkungs-Beziehungen, immer komplexere Programmiersprache Basic, Variablen, Wertzuweisungen, Algorithmen, Schleifen, Ausgabebefehle, Eingabebefehle. Hardware-Schaltungen für MSR-Aufgaben: Tonausgabe, Verstärkerschaltungen, Spannungsteiler, Lichtschranken, Reflexoptokoppler, Motor-IC, Elektromotor,

11 Zusammenhänge. Servomotor, Schrittmotor. Analogien zwischen technischen und natürlichen Systemen verstehen. Messungen mit einem selbst hergestellten Instrument Selbstständiges MSR-Projekt Planung, Bau und Dokumentation eines Kurzprojektes zur Regelungstechnik: Drehtür mit Drängelautomatik, Gebäudeautomatisierung, Fahrzeugtechnik, Temperaturregelungen, usw. Die Note für dieses Projekt ist als GFS anrechenbar. Modul Astronomie Sternbilder erkennen, tägliche und jährliche Veränderungen am Himmel durch die Bewegung der Erde erkären können, drehbare Sternkarte bedienen und sie zur Planung von Beobachtungen nutzen, Koordinatensysteme am Himmel anwenden, eigene Beobachtungen am Sternhimmel Scheinbare Bewegungen der Planeten im geozentrischen und im heliozentrischen system erklären, Größen und Entfernungen im Sonnensystem einordnen, Kepler-Gesetze für Bewegungen im Sonnensystem anwenden, Gravitationsgesetz zur Massenbestimmung von Himmelskörpern anwenden Der Sternenhimmel Das Sonnensystem Die Sonne Orientierung am Sternenhimmel, Sternbilder, scheinbare Bewegung am Himmel, die Himmelskugel, drehbare Sternenkarte, Koordinatensysteme am Himmel Die scheinbare Bewegung der Planeten, Vergleich Ptolemäus-Kopernikos, heliozentrisches Planetensystem, Kepler- Gesetze, Gravitationsgesetz Eigenschaften, Oberfläche und Sonnenflecken, Solarkonstante, Aufbau und Entwicklung con Sternen, Entstehung und Entwicklung des Sonnensystems, Infrarotastronomie Sonne mit ihren physikalischen Eigenschaften kennen, Einfluss der Sonne auf Leben und Klima der Erde erkennen, Bau und

12 Entwicklung der Sonne beschreiben, Sonne in die Gesamtheit der Sterne einordnen, andere Beobachtungsmethoden der Astronomie kennen lernen Modul Energie und Stoffkreisläufe Möglichkeiten der Energienutzung analysieren u. bewerten; Statistiken lesen und auswerten Perspektiven der E- Versorgung in der Zukunft nachvollziehen und bewerten; Hilfsmittel sachgerecht als Infoquellen nutzen; Analogien zwischen technischen und natürlichen Systemen/Kreisläufen erkennen und beschreiben; Zusammenhänge und Wechselwirkungen erklären; Messungen planen, und Energie Basisinfos Primär- und Sekundärenergieträger Energieformen Umwandlung von Energie, Umwandlungsketten Bsp Wärmekraftwerk/Stromerzeugung III. Sonne als Energielieferant Globaler und regionaler Primärenergieverbrauch / Interpretation von Diagrammen (Stand und Entwicklung, Ursachen, Zukunftsprognose) Exkurs: Erdöl als Hauptenergieträger (Entstehung und Lagerstättenbildung, Förder- und Verbraucherländer, Reserven und Ressourcen, Reichweite und Reichweitenkonstanz) Exkurs: CO 2 -Problematik: anthropogener Treibhauseffekt, Ursachen Endogener und exogener Kohlenstoffkreislauf, Einfluss/Rückkopplungen durch die Erderwärmung CCS/CO 2 -Speicherung Privater Energieverbrauch

13 Ergebnisse graphisch darstellen; Diagramme erstellen, auswerten und interpretieren Energieströme mit atmosphärischen Vorgängen in Verbindung setzen; Mechanische Konstruktions- und Funktionsprinzipien anwenden; Sonnenenergie und Strahlungsbilanz Versuch zum Dämmungsvermögen verschiedener Materialien Graue Energie / offene und geschlossene Stoffkreisläufe (Recycling) Bsp Blechdose Exkurs: Virtuelles Wasser /Water-Footprint Deutschlands Strahlungshaushalt, globale Energiebilanz Natürliche Energieflüsse: Meeresströme, Golfstrom (Wärmeleistung, thermohaline Zirkulation, Rückkopplungsprozesse bei Erwärmung) Windströme, Entstehung von Wind, Hurrikan, latente Wärme Windenergie in Deutschland, Windstärkenverbreitung, Windenergie an der Küste, Nutzungskonflikte Experimente mit dem Windrad Energiepflanzen, Problematik Tank oder Teller (Mysterie Tortillakrise in Mexiko) Geothermie Deep Heat Mining Basel Unterhaching