Im energie:labor erarbeiten Schulklassen an experimentellen und modellbasierten Stationen grundlegende Aspekte des Energiekonzeptes

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Fragestellungen rund um das Thema Energie

Das Energiekonzept spielt insbesondere in der Physik eine herausragende Rolle. Es begleitet uns aber auch in unserem Alltag, da sich an diesem grundlegenden Konzept zahlreiche Phänomene erklären lassen. Ziel im Schulunterricht ist es, durch Energie als Basiskonzept möglichst viele Bereiche der Physik miteinander zu verknüpfen. Bei ihren Besuch im energie:labor beschäftigen sich die Schülerinnen und Schüler daher mit einer von vier spannenden Fragen aus ihrer Lebenswelt und vertiefen so das Energiekonzept. Alternativ können sie an ihrem Labortag die Rolle von Energie im Klimasystem der Erde kennenlernen.

Die Programme im energie:labor richten sich an ganze Schulklassen der Jahrgangsstufen 6 bis 9 und sind jeweils für einen Umfang von 3 bis 5 Zeitstunden geplant. Vor dem Besuch des energie:labors wählen die Schulklassen zwischen interessanten und vernetzenden Fragen aus dem Alltag oder entscheiden sich für das Angebot zum Klima der Erde als gesellschaftlich wichtigen Prozess.

 


Angebote

Was treibt den Klimawandel? (Klasse 8 und 9)

Experimente zu das Klima beeinflussenden Prozessen

Zum Start in den Labortag sensibilisieren wir die Schülerinnen und Schüler anhand von Bildern mit abschmelzenden Gletschern für den Klimawandel. Anschließend bilden die Jugendlichen Kleingruppen und untersuchen im Laufe des Vormittags in einem Gruppenpuzzle die fünf für das Klima der Erde wichtigsten Prozesse:

  • Ozean
  • Wasserkreislauf
  • Wolken
  • Albedo
  • atmosphärisches CO2

An den Stationen experimentieren die Schülerinnen und Schüler zum Beispiel mit Wärmebildkameras, Luxmetern oder einem Wolkenturm zum Erzeugen einer Wolke. So werden sie Expertinnen und Experten für einen der Prozesse. Nach einer Pause erklären die Jungen und Mädchen sich gegenseitig in einem Gallery Walk den Einfluss der Prozesse auf das Klima der Erde. Mithilfe eines Klimamodells am Laptop überprüfen sie diese außerdem. So wird das Zusammenspiel der Prozesse vertieft und mithilfe von „Je-desto-Sätzen“ zu Energieumwandlungs- und Energietransportmechanismen physikalisch fundiert. Abschließend fassen wir die Ergebnisse im Plenum zusammengefasst. Zudem stellen die Schülerinnen und Schüler Vermutungen auf, wie sich das Klima der Erde bei einer Erhöhung der CO2-Menge in der Atmosphäre verändern könnte.

Erforderliche Vorkenntnisse Angebot Klimawandel

Die Schülerinnen und Schüler sollten bereits die Strahlungs- und die thermische Energie kennengelernt haben. Ein Verständnis der Wechselwirkung von Strahlung (Licht) mit Materie erleichtert das Verständnis des Programms, ist aber nicht explizit gefordert. Außerdem ist eine hohe Experimentierkompetenz der Schülerinnen und Schüler für die eigenständige Durchführung der Stationen hilfreich. Da die fünf Lernstationen jedoch zusätzlich von jeweils einem Studierenden betreut werden, ist diese jedoch nicht zwingend notwendig.

Warum wird ein Laptop manchmal heiß? (Klasse 6 bis 8)
Warum wird ein Laptop manchmal heiß?

Welche Umstände führen zur Laptop-Erhitzung und wie lässt sich diese verhindern?

Bei ihrem Besuchstag im energie:labor beschäftigen sich die Schülerinnen und Schüler der Klassenstufe 6 bis 8 mit dem Phänomens eines überhitzenden Laptops. Zu Beginn entwickeln sie die übergeordnete Fragestellung warum ein Laptop manchmal heiß wird. Um diese zu beantworten, bauen wir gemeinsam ein Laptop auseinander und identifizieren zunächst den Ort der Erhitzung. Anschließend führen die Jungen und Mädchen in Kleingruppen drei Experimente durch. Dabei lernen sie, wie man die Erhitzung eines Laptops mit Energie beschreiben kann, unter welchen Umständen ein Laptop sich plötzlich stark erhitzt und wie sich diese Erhitzung mithilfe von Wärmeleitrohren verhindern lässt. Während der Versuche messen die Jugendlichen die Menge an elektrischer Energie über eine Anzahl an Glühbirnen. Die Menge an umgewandelter thermischer Energie messen sie über die Temperatur. Abschließend beantworten die Schülerinnen und Schüler die Fragestellung und übertragen die gewonnenen Kenntnisse auf ähnliche Phänomene.

Erforderliche Vorkenntnisse

Erste Vorkenntnisse zur thermischen und zur elektrischen Energie als Energieformen sollten für den Laborbesuch bei den Schülerinnen und Schülern vorhanden sein, da wir beide Energieformen und deren Umwandlung während des Besuches vertiefen. Auch der Transport elektrischer Energie in einem einfachen Stromkreis sollte im Unterricht behandelt worden sein. Zum Abschluss der Einheit gehen wir gemiensam kurz auf Wärmetransportarten ein. Die Kenntnis und Unterscheidung von Wärmeleitung, Wärmestrahlung und Konvektion ist dabei nicht zwingend notwendig.

Wie sollten Solarzellen an einem Haus angebracht werden, um möglichst viel Energie umwandeln zu können? (Klasse 6 und 7)
wie sollten solarzellen angebracht werden?

Eigene Messungen mit Solarzellen und einer Smartphone-App

Schülerinnen und Schüler der Klassenstufe 6 und 7 beschäftigen sich an ihrem Labortag mit dem Phänomen, dass Solarzellen auf Häusern unterschiedlich ausgerichtet sind. Dazu betrachten wir zu Beginn gemeinsam eine Fotoreihe, die dies verdeutlicht. Daraus entwickeln die Jungen und Mädchen die übergeordnete Fragestellung, wie man Solarzellen idealerweise anbringt.

Für die Beantwortung erhalten die Schülerinnen und Schüler zunächst in Zweiergruppen eine Solarzelle und Luxmeter-Apps für ihre eigenen Smartphones. An verschiedenen Orten in der Kieler Forschungswerkstatt messen sie die Spannung als Maß für die umgewandelte elektrische Energie der Solarzelle. Diese bringen sie dann anhand der gemessenen Helligkeit mit der eintreffenden Strahlungsenergie in Verbindung. Anschließend richten die Jugendlichen die Solarzellen an den Orten unterschiedlich aus. So finden sie die optimale Energieumwandlung bei einem gegebenen Strahlungswinkel der Sonne. Abschließend beschäftigen wir uns gemeinsam mit dem Problem der Verschattung von Solarzellen. Hier diskutieren wir auch die Frage, warum man Solarzellen nicht ständig nach dem Sonnenstand nachrichtet.

Erforderliche Vorkenntnisse

Erste Vorkenntnisse zur elektrischen sowie zur Strahlungsenergie als Energieformen sollten für den Laborbesuch vorhanden sein, da wir während des Besuches beide Energieformen und deren Umwandlung vertiefen. Zudem ist es ist hilfreich, wenn die Schülerinnen und Schüler ein einfaches Strahlenmodell bereits kennengelernt haben und wissen, dass mit Licht auch immer Energie, die Strahlungsenergie, transportiert wird. Ein Verständnis von Spannung und Stromstärke ist nicht nötig, da beide Größen nur als Maß für die elektrische Energie dienen.

Bitte teilen Sie uns vor dem Besuch mit, ob Sie bereits Reihen- und Parallelschaltung im Unterricht behandelt haben. Die Verschattung von Solarzellen passen wir dann je nach Kenntnisstand der Schülerinnen und Schüler an.

Als Luxmeter verwenden wir eine ensprechende Smartphone-App. Die Schülerinnen und Schüler können sich diese auf ihre eigenen Geräte herunterladen. Verfügt mindestens die Hälfte der Schulklasse nicht über Smartphones oder ist eine solche Nutzung an Ihrer Schule nicht erlaubt, stellen wir gerne ausreichend Tablets als Luxmeter zur Verfügung.

Wie viel Energie steckt in einer Stick Bomb? (Klasse 8 und 9)
Wie viel Energie steckt in einer Stick Bomb

Slow-Motion-Videos zeigen, welche Energieformen während der Stick Bomb Explosion wirken

An ihrem Besuchstag beschäftigen sich die Jugendlichen der Klassenstufe 8 und 9 anhand eines Videos mit dem Phänomen einer explodierenden Stick Bomb. Daraus entwickeln sie anschließend die übergeordnete Fragestellung nach der Menge der Energie. Um diese zu beantworten, bauen die Schülerinnen und Schüler in Kleingruppen zunächst selbst eine solche Stick Bomb. Anschließend erstellen sie ein Slow-Motion-Video der explodierenden Bombe. Im Video identifizieren sie die Spann-, die kinetische sowie die Lageenergie als relevante Energieformen. Außerdem betrachten sie deren Umwandlung. Im Anschluss berechnen die Jungen und Mädchen die vor der Explosion einer Stick Bomb gespeicherte Spannenergie eines Sticks. Hierzu nutzen sie Federkraftmesser in einem vereinfachten Versuchsaufbau. Abschließend beschäftigen wir uns gemeinsam mit dem Phänomen, dass die Sticks beim Explodieren immer die gleiche Höhe erreichen.

Erforderliche Vorkenntnisse

Während des Besuchstages vertiefen wir gemeinsam die Kenntnisse zu Spann- und kinetischer Energie als Energieformen sowie deren Umwandlung. Die Schülerinnen und Schüler sollten daher beide Formen bereits kennengelernt haben. Auch deren Indikatoren wie Federhärte, Ausdehnung, Geschwindigkeit und Masse sollten sie kennen.  Außerdem sollte das hookesche Gesetz und die Kraftmessung mithilfe eines Federkraftmessers im Untericht bereits behandelt worden sein.

Das Smartphone ohne Steckdose oder Powerbank laden? (Klasse 9)
Smartphone ohne Steckdose und Powerbank laden

Verschiedene Energieformen zur Umwandlung in elektrische Energie (Klasse 9)

Schülerinnen und Schüler der Klassenstufe 9 beschäftigen sich an ihrem Labortag mit dem Szenario, dass sie ihre Smartphones nicht mehr über die Steckdose oder eine Powerbank laden können. Anhand eines fiktiven Hackerangriffs auf den Energieanbieter entwickeln die Jugendliche die übergeordnete Fragestellung „Wie kann man ein Smartphone ohne Steckdose oder Powerbank laden?“. Um diese zu beantworten, wiederholen sie bekannte Energieformen (kinetische-, Spann-, thermische-, chemische-, Strahlungs- und Lageenergie) zur Umwandlung in elektrische Energie. Mit Hilfe eines Experiments überlegen sie außerdem Kriterien für die Ladung eines Smartphones. Anschließend testen die Jungen und Mädchen an fünf Stationen mithilfe von Kurbelgeneratoren, Peltierelementen, Solarzellen und anderen Experimenten die Lademöglichkeit eines Smartphones. So gewinnen sie Erkenntnisse über die Besonderheiten der jeweiligen Energieumwandlung. Abschließend bewerten die Schülerinnen und Schüler die jeweiligen Lademöglichkeiten im Plenum anhand des zu Beginn vorgestellten Szenarios.

Erforderliche Vorkenntnisse zum Angebot Smartphone laden

In dieser Einheit behandeln wir nahezu alle Energieformen des Physikunterrichts der Sekundarstufe I. Kenntnisse über die genannten Energieformen sollten also vorhanden sein, da wir während des Besuches die Energieformen und deren Umwandlung vertiefen. Ein Verständnis von elektrischer Spannung, Stromstärke und Leistung sollte ebenfalls vorhanden sein. Diese wird anhand eines Einstiegsversuchs auch mit den Schülerinnen und Schülern wiederholt.

Schülerforschungszentrum Kieler Forschungswerkstatt
Im Schülerforschungszentrum besuchen Kinder und Jugendliche tolle Nachmittags- und Ferienangebote

Nachmittagsangebote im Schülerforschungszentrum Kieler Forschungswerkstatt

In den kostenlosen Nachmittagsangeboten im Schülerforschungszentrum (SFZ®) Kieler Forschungswerkstatt können Kinder und Jugendliche ab der 3. Klasse selbständig forschen und eigene Projekte bearbeiten. Bei uns im Schülerlabor finden die Mädchen und Jungen dafür nicht nur die optimale Ausstattung, sondern auch immer den richtigen Ansprechpartner oder die richtige Ansprechpartnerin für ihre Fragen.

Das Schülerforschungszentrum steht allen Interessierten immer mittwochs und freitags von 15 bis 18 Uhr offen. Neben dem freien Forschen bieten wir hier auch Workshops und Kurse an.

Alle Infos und Anmeldung unter www.sfz-sh.de

In der Kieler Forschungswerkstatt bieten wir nicht nur Programme für Schülerinnen und Schüler an. Auch Lehrerinnen und Lehrer können bei uns neue Anregungen und Impulse für ihren Unterricht erhalten.

Durch unsere Lehrerfortbildungen bekommen Sie die Möglichkeit sich über aktuelle Forschungsthemen zu informieren. Sie erhalten wertvolle Tipps und Anregungen, wie Sie diese in den Unterricht integrieren und an Lehrplanthemen angliedern können.

Derzeit stehen im energie:labor leider keine Angebote für Lehrkräfte zur Verfügung.