TP1 Naturwissenschaften integrativ

In der Auseinandersetzung mit den eigenen Vorstellungen von und den Vorschlägen für einen guten naturwissenschaftlichen Unterricht (von Autoren wie bspw. Peter Labudde, Gottfried Merzyn, Markus Rehm, Dorothee Brovelli und Markus Wilhelm) diskutieren die Studierenden fächerübergreifenden Unterricht, werden sich ihren eigenen Überzeugungen bewusst und formulieren für sich umsetzbare Richtlinien.

Durch einen Gastvortrag von Philipp Engelmann bekommen die Studierenden einen Input zu Basiskonzepten in den Naturwissenschaften und den Möglichkeiten, diese als unterrichtsleitende Prinzipien einzusetzen. Danach wenden sie diese selbst in kleineren Experimenten zur Auswertung und Erklärung der Beobachtungen an.

Über die gesamte Veranstaltungsreihe hinweg setzen sich die Studierenden in kleineren Aufgaben (bspw. Draw-A-Scientist-Test, Card-Exchange-Game) mit ihrem eigenen Verständnis von Denk- und Arbeitsweisen in den Naturwissenschaften auseinander. Dabei legen sie eine Concept Map an, die ihre Vorstellungen visualisiert und als Anregung zu Reflexion dient.

Durch Beispielmaterialien erhalten die Studierenden erste Eindrücke von der Unterrichtsgestaltung in fächerübergreifenden Naturwissenschaften. Diese dienen als Anregungen für die Arbeit an eigenen Materialien in fachheterogenen Teams.

In Kooperation mit den jeweiligen Fachdidaktiken absolvieren die Studierenden je ein Praktikum mit schulrelevanten Versuchen aus den drei Naturwissenschaften Biologie, Chemie und Physik. Dabei erabeiten sie sich experimentelle Fähigkeiten und vergleichen die Experimentierreihen hinsichtlich ihrer Schwerpunkte, ihres Vorgehens und ihrer Anforderungen.

Durch Exkursionen an entsprechende Forschungsinstitute, Vorträge von Promovierenden und Führungen in Forschungseinrichtung lernen die Studierenden das vielgestaltige Feld naturwissenschaftlicher Forschung und die Bedeutung der Zusammenarbeit der Fachdisziplinen sowohl für die anwendungsorientierte als auch die Grundlagenforschung kennen. Dabei haben sie die Möglichkeiten die Forschenden nach ihrem Tagesablauf, nach ihrer Motivation zu forschen und eventuellen Hürden und Erfolgen zu fragen. So wird ein realistisches Bild von der Arbeit in den Naturwissenschaften vermittelt.

Über Gemeinsamkeiten und Unterschiede der drei Naturwissenschaftsdisziplinen Physik, Chemie und Biologie, die naturwissenschaftliche Methodik und die Rolle der Mathematik für die Naturwissenschaften wird ein Einblick in die Grundzüge fächerübergreifenden Arbeitens gegeben. Für die Übersetzung in den schulischen Kontext wird dann der Fokus theoretisch und experimentell auf die Basiskonzepte von Biologie, Chemie und Physik gelegt und ein gemeinsames Wechselwirkungsmodell diskutiert. Im letzten Teil der Veranstaltung erfolgt die Darstellung der Bedeutung der Kontextorientierung im naturwissenschaftlichen Unterricht sowie der Einsatz echter Probleme über das Prinzip der Frage an die Natur.

Mit dieser Fortbildung wer­den die Themen einer noch jungen, interdisziplinären Wis­­sen­schaft bearbeitet, die bei der Lösung ihrer tech­nischen Fra­ge­stellungen die Natur als Vorbild nutzt und bereits eine Vielzahl an markt­fähigen Pro­dukten hervor gebracht hat, die aus unserem Alltag nicht mehr weg­zudenken sind. Nach einer theoretischen Einführung in das Wesen der Bionik als Wissenschaft wird der praxiserprobte Lernzirkel Bionik Lernen von der Natur vorgestellt, der aus insgesamt 11 Stationen besteht: Geschichte der Bionik, Memory, Lotus­effekt, Kleben, Haften ohne Klebstoff, Eis­bä­ren­dämmung, Faltungen in der Natur, Spinnseide, stabile Bau­weise der Pflan­zen, Klettverschluss und Bienenwaben. Die Arbeit an den Stationen setzt eine kognitive Vorbereitung voraus und lädt zur Nach­bereitung ein. Hierfür werden konkrete Vorschläge für den Un­ter­richt unter­breitet.

Dieser fächerüber­grei­fende Kurs bietet den Teilneh­mern Infor­mationen und zahlreiche Schul­­experi­men­te rund um das The­ma Arz­nei­mittel. Im ein­führenden Theorieteil werden zu­nächst Arzneimittel nach ihrer Wirkung klassifiziert, ein Über­blick zur Geschichte der Schmerz­be­handlung gegeben, gängige Schmerzmittel und Magensäure-Regulanzien hinsicht­lich ihrer Chemie sowie ihres pharma­ko­kinetischen Verhaltens im Organismus beschrieben. Im Praxisteil können sowohl bekan­nte als auch neue Experimente selbst durchgeführt wer­den, z. B. zur Löslichkeit und Isolierung von Schmerz­mitteln, zum Löse­verhalten magensaftresistenter Tabletten, zum Vita­min C Nach­weis in Kombipräparaten, zur Darstellung und Hydro­­lyse von ASS, zur Synthese von Salicyl­säuremethylester, zur quanti­tativen Analyse von Ibuprofen, zur Wirkung von Magen­säure-Regulanzien und zur Gewinnung von ätherischem Öl aus Anissamen.

Im Kurs Wasser-Boden-Luft werden für den MNT-Unterricht sowie für den weiteren naturwissenschaftlichen Anfangsunterricht der Jahrgansstufen 7/8 effektvolle und angemessene Experimente vorgestellt, bei denen das Erfahrbarmachen der naturwissenschaftlichen Phänomene für Schülerinnen und Schüler im Vordergrund steht. Ausgehend von einer historischen Einführung wird das Teilchenkonzept diskutiert und Vorschläge für einen sinnvollen Umgang mit dem Teilchenmodell im Anfangsunterricht gemacht. Zuletzt werden typische Schülervorstellungen abgeleitet, die zu Lernhindernissen bei Schülerinnen und Schülern in Auseinandersetzung mit dem Teilchenmodell bei den Themenfeldern Wasser, Boden und Luft führen können.

In diesem Workshop werden im einleitenden Vortrag die mediale Präsenz energiepolitsicher Fragen, die anthropogene Kohlenstoffdioxid-Emission, regenerative Verfahrung sowie deren kritische Reflexion in den Mittelpunkt gestellt. Es fallen Schlagworte wie Biomasse-Umwandlung, BtL, Biodiesel (RME), Bioethanol uvm. Im anschließenden praktischen Teil werden konkrete unterrichtsnahe Vorschläge zur einfachen Umsetzung von Experimenten zum Themenkomplex vorgestellt, die von den Teilnehmern selbst erprobt werden können. Darunter Versuche wie: Darstellung von Biodiesel, Bioethanol und Biogas; Verhalten von Kraftstoffen im Winter; Unterscheidung anhand der Viskosität oder auch Modellversuche wie der Otto- und Dieselmotor werden vorgestellt.

In dieser Fortbildung wird ein Blick in die aktuelle Forschung zu Nanomaterialien am Beispiel des Kohlenstoffs geworfen. Über alltagsnahe Experimente und die Fokussierung auf Struktur-Eigenschafts-Beziehungen werden die Inhalte in elementarisierter Form dargestellt und Vorschläge für eine schulische Umsetzung gegeben. Das zugehörige Lernset setzt sich aus Sachinformationen, Experimenten und Modellstationen zusammen. Explizit diskutiert wird der Einsatz des Lernsets für den Chemieunterricht und für den Unterricht im Fach Naturwissenschaften und Technik. Über die eigene Herstellung von Aktivkohle und eines Aktivkohlefilters mithilfe von Alltagsprodukten werden die Eigenschaften und technischen Verwendungsmöglichkeiten von Carbon Black, Graphen und Kohlenstofffasern theoretisch und experimentell untersucht.

In der Abschlussveranstaltung wird der Fokus auf die Wünsche der Lehrkräfte gelegt. Möglich ist dabei eine weitere themenbezogene Veranstaltung, inklusiver Naturwissenschaftsunterricht oder wissenschaftliche Befunde zum integrierten Unterricht.