1/2017 MNU journal VERBAND ZUR FÖRDERUNG DES MINT-UNTERRICHTS Jahrgang 70 01 2017 Bildquelle: Shutterstock 306169347 Klimarahmenkonvention Zum neuen Jahr Biodiversität als Basiskonzept Mathematik Warten auf eine vollständige Serie Übungen zum Distributivgesetz Ableitung für die Sinusfunktion Physik Sonnenenergie auf einer Dachschräge Einfacher Zugang zur Zentripetalkraft Idealvorstellungen und Unterrichtsrealität www.mnu.de Biologie Schülervorstellungen und Unterricht Lehrt die Schüler die Biologie ihrer Zeit! Chemie Transparenz bei den Elementen im PSE³ Cumarin unterrichtliche Aspekte
Inhalt Herausgeber Prof. Dr. BERND RALLE Kebbestraße 29 44267 Dortmund Tel. 0231 4755867 dienstl.: TU Dortmund Fak. Chemie und Chemische Biologie 44221 Dortmund Bernd.Ralle@mnu.de Mathematik Prof. Dr. SEBASTIAN KUNTZE PH Ludwigsburg Institut für Mathematik und Informatik Reuteallee 46 71634 Ludwigsburg Tel. 07141 140826 Sebastian.Kuntze@mnu.de StD MICHAEL RÜSING Palmbuschweg 47 45326 Essen Tel. 0201 368827 Michael.Ruesing@mnu.de Physik Dr. JÖRN GERDES Annette-Kolb-Straße 19 28215 Bremen Tel. 0421 393080 Joern.Gerdes@mnu.de Prof. Dr. HEIKE THEYSSEN Universität Duisburg-Essen Fak. Physik, Didaktik der Physik 45117 Essen Tel. 0201 183-3338 Heike.Theyssen@mnu.de Chemie OStR WOLFGANG KIRSCH Landesinstitut für Pädagogik und Medien (LPM) Beethovenstraße 26 66125 Saarbrücken Tel. 06897 7908-146 Wolfgang.Kirsch@mnu.de Prof. Dr. INSA MELLE TU Dortmund Fak. Chemie und Chemische Biologie 44221 Dortmund Tel. 0231 7552933 Insa.Melle@mnu.de Biologie Prof. Dr. DITTMAR GRAF Institut für Biologiedidaktik Universität Gießen Karl-Glöckner-Straße 21 c 35394 Gießen Dittmar.Graf@mnu.de Dr. CHRISTIANE HÖGERMANN Blumenhaller Weg 26 49078 Osnabrück Christiane.Hoegermann@mnu.de MNU-Standpunkt 3 GERWALD HECKMANN Zum neuen Jahr Aus Bildung und Wissenschaft 4 HERMANN VEESER Klimarahmenkonvention 11 DITTMAR GRAF BARBARA WIEDER HANS-PETER ZIEMEK GUNDULA ZUBKE Biodiversität als Basiskonzept Schulpraxis 17 HEINZ KLAUS STRICK Warten auf eine vollständige Serie Vorschläge zur Umsetzung im Unterricht 23 ALEXANDER SCHÜLER-MEYER Produktive Übungsformate für das Distributivgesetz 27 KLAUS DRÄGER Die Ableitung ohne Grenzwertprozess für die Sinus-Funktion 32 TRAN NGOC CHAT SIMON F. K RAUS Eingestrahlte Sonnenenergie auf eine Dachschräge 36 MATTHIAS KREMER ULRICH BEE Mehr Transparenz bei den Elementen mit dem PSE³! 42 MARKUS EMDEN Cumarin in Zimt Möglichkeiten der experimentellen Erschließung im Chemieunterricht 47 HELGE GRESCH Wie lässt sich Unterricht an Schülervorstellungen ausrichten? Experimentiervorschläge 54 KARL-HEINZ KEUNECKE Ein einfacher Zugang zur Zentripetalkraft Zur Diskussion gestellt 57 STEPHANIE ZINONIDIS CHRISTOPH SCHNEIDER URSULA PAKZAD KIRSTEN SCHLÜTER Idealvorstellungen und Unterrichtsrealität 64 GREGORY RADICK Lehrt die Schüler die Biologie ihrer Zeit! 65 Diskussion und Kritik Aktuelles aus dem Förderverein 65 FRIEDRICH BECKER 90 Jahre alt OLIVER SEEBERGER wird hauptamtlicher Geschäftsführer des MNU Neue Mitglieder nach dem 17.4.2016 Informationen/Tagungen 66 64. Kongress der Union des Professeurs de Physique et de Chimie (UdPPC) in Dijon 68 Aufgaben Besprechungen 70 Zeitschriften Biologie 67/71 Bücher 72 Vorschau MNU Journal Ausgabe 1.2017 ISSN 0025-5866 Verlag Klaus Seeberger, Neuss 1
Klimarahmenkonvention Durch Einsicht zur beschleunigten Erneuerung HERMANN VEESER Anhand der Ergebnisse der Klimafolgenforschung wird zusammenfassend aufgezeigt, wie das westliche Modell der Energienutzung und Ernährung schon für die zweite Lebenshälfte der heutigen Schülergeneration eine existentielle Bedrohung darstellt, die durch die Beschlüsse von Paris im Rahmen der Klimakonvention abgewendet werden soll. Die Schlüsselrolle der Bildung wird dargelegt und ein Gesamt-Konzept skizziert, das auf Einsicht in die Ergebnisse von Klimafolgen- und der Klimaschutzforschung beruht und Gestaltungskompetenz im Modellbetrieb Schule vermittelt.
Biodiversität als Basiskonzept DITTMAR GRAF BARBARA WIEDER HANS-PETER ZIEMEK GUNDULA ZUBKE Im folgenden Beitrag wird die Bedeutung der biologischen Vielfalt für die Natur und den Menschen verdeutlicht und die früher aufgestellte Forderung begründet,»biodiversität«den Rang eines Basiskonzepts für den Biologieunterricht der Sekundarstufe I zukommen zu lassen.
Warten auf eine vollständige Serie Vorschläge zur Umsetzung im Unterricht I MATHEMATIK HEINZ KLAUS STRICK Beim Warten auf eine vollständige Serie geht es darum, einen Zufallsversuch so lange durchzuführen, bis jedes der möglichen Ergebnisse mindestens einmal aufgetreten ist. Diese auch als Sammelbilderproblem bezeichnete Alltagssituation lässt sich im Unterricht für bestimmte Anzahlen mithilfe von Würfeln experimentell nachspielen. Im Folgenden soll daher am Beispiel des Werfens eines regelmäßigen bzw. eines gezinkten Tetraeders erläutert werden, wie die Behandlung des Themas umgesetzt werden kann.
Produktive Übungsformate für das Distributivgesetz I MATHEMATIK ALEXANDER SCHÜLER-MEYER Nach der Einführung algebraischer Terme können Lernende durch produktive Übungsformate unterstützt werden, ihre Umformungen an den Strukturen eines Terms zu orientieren. So lernen sie, auch bisher unbekannte und komplexere Terme umzuformen. In diesem Artikel werden produktive Übungsaufgaben für das Umformen von algebraischen Termen am Beispiel des Distributivgesetzes aufgezeigt.
Die Ableitung ohne Grenzwertprozess für die Sinus-Funktion I MATHEMATIK KLAUS DRÄGER Das Standardverfahren, um die Ableitung einer Funktion zu bestimmen, geht aus von nur einer Sekante mit der Steigung m. Bei der hier angewendeten Methode werden dagegen für einen zentralen Punkt x 1 die zu beiden Seiten gelegenen Sekanten mit ihren Steigungen m und m + benötigt. Bei den periodischen Funktionen erlaubt dann die Linearisierung spezieller Sinus-Terme den Aufbau einer Ungleichungskette, bei der die benachbarten Sekantensteigungen m und m + durch nur eine Schranke streng voneinander getrennt werden. Dies ist entscheidend für das Weitere: Es kann dann nämlich gezeigt werden, dass diese Schranke als lokale Steigung des Graphen im Zentralpunkt x 1 interpretiert werden kann.
Eingestrahlte Sonnenenergie auf eine Dachschräge Von den theoretischen Grundlagen zum Modellexperiment I PHYSIK TRAN NGOC CHAT SIMON F. K RAUS In diesem Beitrag werden die Grundlagen zur Berechnung der eingestrahlten Sonnenenergie auf eine Dachschräge theoretisch hergeleitet sowie der Aufbau und die Durchführung eines entsprechenden Demonstrationsversuches dargestellt. Der Versuch dient der einfachen aber dennoch quantitativ weitgehend richtigen Bestimmung der eingestrahlten Energie auf eine beliebig ausgerichtete Dachschräge an einem frei wählbaren Ort. Damit lassen sich die zuvor angestellten Überlegungen praktisch überprüfen. Auch können Lernende anhand des Versuchsaufbaus direkt beobachten, wie sich die Beleuchtungssituation des Daches in Abhängigkeit mit der Dachneigung verändert. Damit wird der sonst recht abstrakte Zusammenhang zwischen der eingestrahlten Sonnenergie auf eine Dachschräge und deren Neigung auch visuell erfassbar und damit anschaulich dargestellt.
Mehr Transparenz bei den Elementen mit dem PSE³! Ein neues Periodensystem für den Chemieunterricht I CHEMIE MATTHIAS KREMER ULRICH BEE Werden die verschiedenen Bedeutungen des Begriffs»Element«(Stoff, Atomart,»Das, was bei chemischen Reaktionen erhalten bleibt«, kleines Teilchen eines elementaren Stoffes) nicht auseinandergehalten und für Schüler durchschaubar gemacht, ist das Verständnis für chemische Vorgänge erschwert. Ausgerechnet die üblichen Periodensysteme tragen zur Verwirrung bei, weil sie oftmals Bilder eines Gegenstandes und Atomart unkommentiert zusammenstellen. Im Artikel werden die didaktischen Problemfelder des Elementbegriffs dargelegt und das neue Periodensystem PSE³ vorgestellt, bei dem Stoffebene und Atomart streng getrennt sind und auf einer dritten Ebene die Verknüpfung der Atome zu Teilchen bzw. Gittern, sowie die daraus resultierende chemische Formel erscheinen. Außerdem werden die im PSE³ aufgeführten zum Teil neuartigen Daten erläutert.
Cumarin in Zimt Möglichkeiten der experimentellen Erschließung im Chemieunterricht I CHEMIE MARKUS EMDEN In einem früheren Beitrag (EMDEN, 2016) wurden medizinische und gesellschaftliche Aspekte der Diskussion über potenziell schädigende Cumaringehalte in Zimt vorgestellt. Es wurden Potenziale identifiziert, wie die Frage nach gutem und bösem Zimt kompetenzorientiert in den Chemieunterricht integriert werden kann, vor allem unter den Perspektiven des naturwissenschaftlichen Bewertens gesellschaftsrelevanter Probleme (Socio-Scientific Issues) und der wissenschaftstheoretischen Reflexion des Wesens der Naturwissenschaften (Nature of Science). Im nun vorliegenden Beitrag soll darauf aufbauend ein experimenteller, halbquantitativer Ansatz vorgeschlagen werden, in dem Schülerinnen und Schüler in unterschiedlich starker Öffnung die Cumaringehalte verschiedener Zimtproben selbstständig untersuchen können.
Wie lässt sich Unterricht an Schülervorstellungen ausrichten? Entwicklung einer Modellsimulation des Blutkreislaufs I BIOLOGIE HELGE GRESCH Schülervorstellungen sind für die Planung von Unterricht von besonderer Bedeutung. Trotz der zahlreichen Ergebnisse der Schülervorstellungsforschung basieren aber wenige Unterrichtsmaterialien explizit auf den bekannten Schülervorstellungen. In diesem Beitrag wird ein Modell zum Blutkreislauf vorgestellt, das als Mittel der Erkenntnisgewinnung in einer Weise genutzt wird, sodass Schülervorstellungen expliziert und anhand der in der Modellarbeit gewonnen Erkenntnisse modifiziert werden können.
Ein einfacher Zugang zur Zentripetalkraft I PHYSIK KARL-HEINZ KEUNECKE Die aufwändigen Messungen und die nicht ganz einfachen Auswertungen bei der üblichen experimentellen Untersuchung der Zentripetalkraft können vermieden werden, wenn in den Versuchen die Winkelgeschwindigkeit stetig, z. B. von einem Höchstwert bis (fast) zur Ruhe, geändert wird. Zur Aufzeichnung der Messwerte ist dann ein digitales Messwertfassungssystem erforderlich. Der gesuchte funktionale Zusammenhang zwischen der Zentripetalkraft und den Parametern Masse, Radius und Winkelgeschwindigkeit kann man mit einem CAS-Rechner oder einem GTR ermitteln.
Idealvorstellungen und Unterrichtsrealität Eine Untersuchung mit Referendarinnen und Referendaren im Fach Biologie I STEPHANIE ZINONIDIS CHRISTOPH SCHNEIDER URSULA PAKZAD KIRSTEN SCHLÜTER Welche Wahrnehmungen haben Referendar/innen in Nordrhein-Westfalen von Methoden und Inhalten des Biologieunterrichts, den sie in ihrer Schulzeit erlebt haben, den sie selbst in der Schule unterrichten und den sie allgemein für erstrebenswert halten? Auf diese Fragen soll die hier vorgestellte Untersuchung erste Antworten geben. Die Ergebnisse zeigen: Die Referendar/innen schreiben sich selbst einen Unterricht zu, der stärker in Übereinstimmung mit einer konstruktivistischen Grundhaltung steht als der erlebte Unterricht ihrer früheren Schulzeit. Das heißt, ihr Unterricht weist im Vergleich zum früher selbst Erlebten eine verstärkte Kompetenz- und Schülerorientierung auf. Das Ausmaß dieser Orientierungen im eigenen Unterricht ist jedoch de facto geringer, als es die Studierenden für allgemein erstrebenswert halten.
Lehrt die Schüler die Biologie ihrer Zeit! I GREGORY RADICK Der Wissenschaftshistoriker GREGORY RADICK zeigt, wie Mendel-Genetik die Vermittlung von Naturwissenschaft behindert.