Baustein 2: Die Erde als System Zeit: ca. 7 Unterrichtsstunden : DIN A 5-Zettel und Schreibgerät für jede/n Schüler/in Flip Chart Papier (DIN A 0) oder Stück Tapete, Ein Blatt Papier A 4, gelbe Klebezettel und Edding Erläuterung zum Concept Mapping (Modul 1, Baustein 2, Material 2) Animation bzw. Interaktion von der CD-ROM "System Erde": "Sphären der Erde" (Modul 1, Baustein 2, Material 6) und "Sphärenrallye" (Modul 1, Baustein 2, Material 4), Computer/Beamer oder Computerraum Erläuterung zur Interpretation der Begriffslandkarten im Hinblick auf die Systemtheorie (Modul 1, Baustein 2, Material 3) Concept Mapping: Erstellen von Begriffslandkarten (2 Unterichtsstunden) I. Die Klasse wird in Gruppen mit max. sieben Personen aufgeteilt und jede(r) Schüler/in erhält ein DIN A 5 Blatt. Aufgabe: Schreiben Sie bitte je zehn Begriffe oder kurze Gedanken auf, die Ihnen zum Thema System Erde einfallen. Für die Suche der Begriffe gibt es ca. 10 Minuten Zeit. Zum Blick Richtung Nachbar wird nicht ermutigt, er muss aber auch nicht untersagt werden. Antwortbeispiele aus 9 Klassen auf die Frage "Was fällt Ihnen zum Begriff "System Erde" ein Kategorie Atmosphäre Biosphäre Hydrosphäre Lithosphäre Dynamik Soziokulturelle Aspekte Systemaspekte Natur- bzw. geow. Von den Lernenden genannte, exemplarische Begriffe Atmosphäre, Erdatmosphäre, Luft, Sauerstoff, Ozon, Ozonschicht, Ozonloch, Treibhauseffekt, Klima, Wetter, Wind, Windsysteme Biosphäre, Leben, Lebewesen, Artenvielfalt, Regenwald, Bakterien, Tiere, Pflanzen, Dinosaurier, Boden, Fauna, Flora, Fossilien, Mensch, Vegetation, biotische Faktoren, Ökologie, Ökosystem, Evolution, Photosynthese, Wasser, Weltmeere, Flüsse, Seen, Ebbe und Flut, Regen, Wasserkreislauf, dynamische Umwelt (Wasserkreislauf), Lithosphäre, Gesteine, Magmatite, Minerale, Aufbau der Erde, Kern, Mantel, Boden, Relief, Berge, Kreislauf der Gesteine, Erdbeben, Erdplatten, Erdschichten, Fossilien, Gebirge, Kontinente, Plattentektonik, Sedimentation, Vulkanausbruch Entwicklung, Vergänglichkeit, Ausbeutung, Bewegung, Kreislauf, Entstehung, Zeit, Evolution, Gezeiten, Jahreszeiten, Umweltkatastrophen, Kreislauf, Sedimentation, Erosion, Zerstörung, Anpassung, Erderwärmung, Erdgeschichte, Erdbeben Mensch, Gefühle, Religion, Gott, Politiker/Politik, Kultur, Welt, Staaten, Bevölkerung, Nationalitäten, Globalisierung, Pole, anthropogener Einfluss, Ausnutzung, Ackerbau, Landwirtschaft, Rohstoffe, Industrie, Fahrzeuge, Ballungsgebiete, computer-generierte Genforschung, Reisen, System, Einfluss, Chaos, Sonnensystem, Komponenten, Sphären(modell), Auswirkungen, Beeinflussung durch, instabil, empfindlich, Beziehung, Funktion, geschlossenes System, Gleichgewicht, Ungleichgewicht, Kreislauf, Selbstregulierung, Interaktion, Stoffaustausch, Wechselbeziehungen, Zusammenhänge, Zusammenspiel/-leben II. In jeder Gruppe wird ein(e) Schüler/in gesucht, die die Begriffe der übrigen an der Tafel oder auf einem dem DIN A 4 Blatt sammelt. Die ausgewählte Person erhält je einen Informationsbogen zum Concept Seite 1
Mapping (Modul 1, Baustein 2, Material 2). Jede Gruppe einigt sich auf maximal 20 Begriffe, die danach auf gelbe Klebezettel übertragen werden. Dann ordnen die Schüler/innen gemäß dem Informationsbogen alle Zettel mit den gemeinsam gefundenen Begriffen auf dem DIN A 0 Bogen an (Zeit ca. 45 Minuten), verbinden sie mit Pfeilen und beschriften die Pfeile (Achtung: Jeder Pfeil führt zu nur einem Begriff. Die Beschriftung soll unbedingt vollständig durchgeführt werden). III. Jede Gruppe hat 5 Minuten Zeit für die Präsentation. Anschließend soll es kurz Gelegenheit für Nachfragen geben. Quiz "Sphärenrallye" (1 Unterrichtsstunde) I. Präsentieren Sie den Schüler/innen die Animation "Sphären der Erde" (Modul 1, Baustein 2, Material 6) und den Vorspann des Quiz "Sphärenrallye" (Modul 1, Baustein 2, Material 4) der CD-ROM "System Erde" mit einem Beamer. II. Teilen Sie die Klasse für die Beantwortung der Quizfragen in Gruppen ein und bitten Sie eine/n Schüler/in Quizmaster zu spielen. Ein/e weitere/r Schüler/in trägt die Ergebnisse an der Tafel in eine Tabelle ein. Jede Gruppe soll sich intern auf eine Antwort einigen, notiert diese auf einem Zettel notieren und den Zettel nach vorne bringen. Erst Eine mögliches Ergebnis für eine Begriffslandkarte. wenn alle Antworten eingegangen sind, werden die Ergebnisse an der Tafel notiert. Der Quizmaster beantwortet dann die Frage und setzt das Spiel fort. Auswertung der Begriffslandkarten (4 Unterrichtsstunden) I. Nachdem die Schüler/innen ihre Begriffslandkarten erstellt und die Sphärenrallye durchgeführt haben, können zunächst weitere Begriffe ergänzt werden, danach sollen diese Karten aufgearbeitet werden. Die Schüler/innen erhalten hierfür einen Informationsbogen (Modul 1, Baustein 2, Material 2). Aufgabe 1: Kennzeichnen Sie alle Begriffe in ihrer Begriffslandkarte nach Zugehörigkeit zu den entsprechenden Sphären farbig. Folgende Fragen sollten beantwortet werden können: Welche Sphären sind unterrepräsentiert? Welche Begriffe beschreiben das System Erde, welche die Umgebung des Systems Erde? In dieser Begriffslandkarte wurden die Sphären farbig markiert und die Sonne als externe Energiequelle eingetragen. Seite 2
Mögliche Antwort: Sonne, Mond und andere Planeten beschreiben das umfassendere Sonnensystem. Was treibt das System Erde an? Mögliche Antwort: Die Sonne ist eine exogene Energiequelle z.b. für die Verwitterung und den Wasserkreislauf. Das Erdinnere ist eine endogene Energiequelle, die die dortigen Konvektionsströme und damit die Plattentektonik antreibt. Aufgabe 2: Identifizieren Sie in Ihren Begriffslandkarten je ein Beispiel für einen Stofffluss und für eine Wirkung und erstellen Sie je ein Stofffluss- und ein Wirkungsdiagramm: Flussdiagramme geben an, wie Stoffe oder Energie in einem System fließen oder umgewandelt werden. Die Flüsse zwischen Systemelementen werden durch Pfeile dargestellt. Die Pfeile geben an, in welche Richtung die Flüsse oder Umwandlungen erfolgen. Diese können qualitativ oder quantitativ dargestellt werden. Von besonderem Interesse für die Geowissenschaften sind biogeochemische Stoffkreisläufe. In qualitativer Hinsicht haben die Pfeile die Bedeutung fließt in Richtung..., wird umgewandelt zu.... Dieser Ausschnitt aus dem Wasserkreislauf ist ein Beispiel für ein qualitatives Stoffflussdiagramm: Wassermoleküle aus dem Meer oder Flüssen werden durch Verdunstung und Kondensation Bestandteil der Wolken und gelangen über den Niederschlag wieder in das Meer und in die Flüsse. Seite 3
Wirkungsdiagramme bilden die Wirkungsbeziehungen (kausale Beziehungen) zwischen Systemelementen durch Pfeile ab. Sie verlaufen in die Richtung der Wirkung und können ebenfalls qualitativ und quantitativ dargestellt werden: In qualitativer Hinsicht haben die Pfeile die Bedeutung wirkt auf. Von besonderem Interesse für die Geowissenschaften sind die Wirkungen der einzelnen Komponenten in den biogeochemischen Kreisläufen. Das Wirkungsdiagramm in Abbildung 9 zeigt qualitativ exemplarische Wirkungen einzelner Komponenten aus dem Klimasystem. Dieser Ausschnitt des Klimasystems ist ein Beispiel für ein qualitatives Wirkungsdiagramm: Mangroven wirken auf die Kohlenstoffdioxidkonzentration in der Atmosphäre, welche den Treibhauseffekt und damit die Temperatur in der erdnahen Atmosphäre beeinflusst. Die Temperatur wirkt auf das Schmelzen bzw. Wachsen der Gletscher, was wiederum den Meeresspiegel beeinflusst. Lernkontrolle (1 Unterrichtsstunde) I. Zum Abschluss können die Schüler/innen den Arbeitsbogen "Modul 1, Baustein 2, Material 5" bearbeiten. Die CD-Rom des Projektes "Forschungsdialog: System Erde" enthält alle Informationen, die für die Beantwortung der Fragen benötigt werden. Aufgabe: Beantworten Sie die folgenden Fragen, Ihnen steht dafür die Cd-Rom des Projektes "Forschungsdialoges: System Erde" zur Verfügung. Systemdefinition: Ein System existiert in einer Systemumwelt. Es besteht aus Elementen, die in bestimmten Beziehungen zueinander stehen. Eine Systemgrenze trennt das System von der Systemumwelt. Es gibt Beziehungen zwischen Elementen des Systems und Elementen der Systemumwelt. Systeme sind veränderlich. Seite 4
Was beschreibt der Begriff Zustand? Der Zustand eines Systems wird durch Zustandsgrößen (z.b. Volumen, Masse, Energie) beschrieben. Eine einzelne Zustandsgröße beschreibt den Zustand eines Systemelements. Welche Arbeitsschritte umfasst die Systemanalyse? Eine Systemanalyse umfasst folgende Arbeitsschritte: Abgrenzung des Systems von der Systemumwelt; Identifizierung (relevanter) Systemelemente; Identifizierung (relevanter) Beziehungen (Wirkungen und Flüsse) zwischen den Elementen; Identifizieren der Systemeigenschaften; Identifizierung der Beziehungen des Systems zu anderen Systemen. Wie kann man Systeme darstellen? Systeme können z.b. durch Anschauungsobjekte, graphisch oder mathematisch dargestellt werden. Eine wesentliche Rolle spielen graphische Systemdarstellungen (Fluss- und Wirkungsdiagramme). Eine Vorstufe davon sind Begriffslandkarten (Concept Maps). Welchen nutzen haben Sie davon, dass Sie das Systemkonzept kennengelernt haben? Mit dem Systemkonzept lernen die Schüler/innen ein Hilfsmittel zur Strukturierung komplexer, stark vernetzter Inhalten kennen, das sie auch in anderen Wissensdomänen anwenden können. Seite 5