Energiequellen

(HINWEIS: Diese Aufgabe besteht aus zwei Teilen: Teil A und Teil B. Beide Teile sind wichtig, um das Lernziel zu erreichen. Wenn die Zeit begrenzt ist, lesen Sie sich beide Teile durch und wählen Sie die Elemente aus, die auf die Bedürfnisse Ihrer Schülerinnen zugeschnitten sind.)*

Bei dieser Aufgabe geht es vor allem darum, durch Recherchen mehr über Energiequellen zu lernen. Beim Bau eines Modells, das eine erneuerbare Energiequelle darstellt, können die Schülerinnen das Gelernte zeigen und umsetzen. Ermutigen Sie die Schülerinnen dazu, das Beispiel einer Windkraftanlage als Anregung zu nutzen und später das Modell einer erneuerbaren Ressource ihrer Wahl zu entwerfen und zu bauen.

• Naturwissenschaftlicher Hintergrund - Energiequellen:
  • In dieser Aufgabe imitiert das Modell eine Windkraftanlage, die Wind in Strom umwandelt, wenn sich die Flügel der Windkraftanlage drehen.
  • Die Lichtmatrix veranschaulicht, wie die rotierenden Flügel Strom erzeugen.
  • Eine Windmühle, mit der die Schüler*innen möglicherweise eher vertraut sind, wandelt Wind in Rotationsenergie um (z. B. beim Mahlen von Mehl), erzeugt aber keinen Strom.
• Vorwissen aufbauen – Energiequellen: Nutzen Sie Lehrmaterialien aus dem naturwissenschaftlichen Unterricht wie Informationen, Bilder und Definitionen.
  • Bringen Sie in Erfahrung, was die Schülerinnen über erneuerbare und nicht erneuerbare Energiequellen wissen und wie sich Energiegewinnung und -nutzung auf die Umwelt auswirken. Die Schülerinnen werden durch diese Rechercheaufgabe mehr über das Thema lernen.
  • Eine Windkraftanlage wandelt die Windenergie in Strom um. Eine Windmühle nutzt Windenergie zum Antrieb von Maschinen, die Wasser pumpen oder Mehl mahlen.
  • Schlüsselvokabular: erneuerbare Energiequelle, nicht erneuerbare Energiequelle, fossiler Brennstoff, Windkraftanlage, Umwelt
• Bau- und Programmiererfahrung: Sehen Sie sich die Vorschläge im Unterrichtsplan an. Für diese Aufgabe empfiehlt sich auch,
  • das Motor- und Licht-Tutorial im Startmenü der SPIKE App zu nutzen;
  • die Hilfestellungen in den Abschnitten Ereignis-, Licht- und Motorblöcke im Menü Hilfe > Textblöcke in der SPIKE App zu benutzen;
  • das im Set enthaltene weiße USB-Kabel zu nutzen, um die Hubs und Geräte anzuschließen, die das Programm stabiler machen; dadurch werden die Daten für die Schüler*innen verständlicher, da sie zeigen, wie sich die Geschwindigkeit der Flügel auf die Helligkeit des Lichts auswirkt – ähnlich wie in einer Windkraftanlage, die je nach Windstärke mehr oder weniger Strom erzeugt.
• Materialien: Suchen Sie nach Bildern von Windmühlen und Windkraftanlagen, damit die Schüler*innen in der Lage sind, beide zu unterscheiden. Finden Sie altersgerechte Recherchequellen über erneuerbare und nicht erneuerbare Energiequellen (z. B. Solar-, Wind- und Kernenergie sowie fossile Brennstoffe), die Nutzung dieser Energiequellen und deren Auswirkungen auf die Umwelt. Überlegen Sie sich, wie Sie diese Recherchequellen im Unterricht einsetzen können.

TEIL A (45 Minuten)

• Stellen Sie die Hauptfigur(en) der Geschichte vor und erteilen Sie den ersten Arbeitsauftrag: Sofie entdeckt eine Windkraftanlage. Sie fragt sich, wie sie Energie gewinnen kann. Wie können wir noch Energie gewinnen, die wir immer wieder nutzen können?

• EINSTIEG – Regen Sie eine kurze Diskussion über das Thema an – unter Umständen mit den Bildern aus der Unterrichtseinheit.

  • Was ist Wind für eine Energiequelle? Warum? (Wind ist eine erneuerbare Energiequelle, weil es immer Wind gibt.)
  • Was macht Energie erneuerbar? Gebt ein paar Beispiele. (Wir können mehr herstellen oder gewinnen, weil die Natur sie wieder erneuert; Windenergie, fließendes Wasser in Flüssen, Sonnenlicht.)
  • Wodurch wird Energie nicht erneuerbar? Gebt ein paar Beispiele. (Es wird verbraucht und man kann die Reserven nicht erneuern; Beispiele dafür sind fossile Brennstoffe wie Öl, Erdgas und Kohle und Rohstoffe wie Uran für die Kernenergie.)
  • Wie verändern die verschiedenen Energiequellen die Umwelt, wenn wir sie benutzen? (Durch den Bau von Staudämmen wird der Lebensraum von Tieren zerstört; der Bergbau schädigt die Erdoberfläche; die Verbrennung fossiler Brennstoffe verursacht Luftverschmutzung.)

• Jede Gruppe erhält dafür ein SPIKE Essential-Set und ein digitales Endgerät.

• Bei der Bearbeitung der Aufgabe können die Schülerinnen ggf. die unten stehenden Abbildungen verwenden, die ein Modell/Programm für eine Windkraftanlage zur Stromerzeugung durch Windenergie darstellen. Die Schülerinnen können eine Windkraftanlage oder ein anderes Modell für eine erneuerbare Energiequelle bauen.

• Lassen Sie die Schüler*innen

  • mindestens zwei Energiequellen – eine erneuerbare und eine nicht erneuerbare – recherchieren, einschließlich der Frage, wie Menschen diese Ressourcen nutzen und welche Auswirkungen sie auf die Umwelt haben; (wiederholen Sie im Unterricht bewährte Methoden zum Recherchieren von Informationen)
  • eine erneuerbare Energiequelle auswählen;
  • das Modell einer erneuerbaren Energiequelle BAUEN und PROGRAMMIEREN, um das Gelernte umzusetzen.

• Sammeln Sie mit den Schülerinnen und Schülern Ideen, wie sie LEGO^® Teile für ihre Modelle nutzen können. Beim Bau einer Windkraftanlage können sie die langen Teile als Windflügel nutzen oder die Lichtmatrix so programmieren, dass sie sich einschaltet, wenn sie die Flügel mit der Hand drehen. Wenn die Schüler*innen die Flügel schneller oder langsamer mit ihren Händen drehen, können sie unterschiedliche Effekte mit dem Matrixlicht erzielen.

Beispielideen

• Bitten Sie die Schüler*innen, über ihre Arbeit zu sprechen. 

• Jedes Team soll sein Modell vorstellen und Folgendes erklären:

  • Woran sieht man, dass es eine erneuerbare Energiequelle ist?
  • Wie nutzen Menschen diese Energiequelle?
  • Welche positiven und negativen Auswirkungen hat ihre gewählte erneuerbare Energiequelle auf die Umwelt im Vergleich zu nicht erneuerbaren Energiequellen?

• Regen Sie die Schüler*innen dazu, sich über den jeweiligen Stand ihres Modellbaus auszutauschen und sich von den Ideen anderer inspirieren zu lassen.

• Falls Sie mit Teil B „Erklären“ fortfahren möchten, können die Schüler*innen ihre Modelle weiterverwenden oder sie umbauen, wofür zusätzlich Zeit eingeplant werden muss.

TEIL B (45 Minuten)

• Wiederholen Sie die Schritte aus Teil A („Erklären”), um zusätzlich Ideen zu sammeln und der Klasse Anregungen zu geben, wie sie mit dem Bau ihrer Modelle fortfahren könnte.

• Lassen Sie die Schüler*innen

  • (15 Min.) mit dem BAUEN und PROGRAMMIEREN ihres Modells einer erneuerbaren Energiequelle (z. B. Wind) fortfahren;
  • (10 Min.) anhand ihrer fertigen Modelle ihr erworbenes Wissen über erneuerbare und nicht erneuerbare Energiequellen austauschen.

• (5 Min.) Fragen Sie die Schüler*innen, welche Kenntnisse, Ideen und Fähigkeiten ...

  • ihnen geholfen haben, die Aufgabe zu erfüllen;
  • sie beim Recherchieren und Entwurf ihrer Modelle gelernt haben.

• Bitten Sie die Schüler*innen, die Sets und Arbeitsbereiche aufzuräumen.

• Ermutigen Sie die Teams durch Fragen dazu, nachzudenken und ihre Entscheidungen zu begründen, die sie beim Bauen und Programmieren getroffen haben.

Checkliste für Beobachtungen

• Sehen Sie sich die Lernziele an (Feld Unterstützung für Lehrkräfte).

• Ermitteln Sie den Fortschritt der Schüler*innen anhand der Checkliste:

  • Sie wählen mindestens zwei Energiequellen für ihre Recherche aus.
  • Sie können präzise beschreiben, was erneuerbare und nicht erneuerbare Energiequellen sind.
  • Sie können genau erklären, woher ihre Energiequellen stammen und wie die Menschen sie nutzen.
  • Sie können positive und negative Auswirkungen auf die Umwelt beschreiben, die durch die Gewinnung und Nutzung ihrer gewählten erneuerbaren Energiequelle im Vergleich zu nicht erneuerbaren Energiequellen entstehen.
  • Sie bauen und programmieren ein detailgetreues Modell ihrer gewählten erneuerbaren Energiequelle.

Selbsteinschätzung

Lassen Sie die Schüler*innen selbst den Stein auswählen, der am besten ihrer Leistung entspricht.

• Blauer Stein: Ich denke, ich kann Anweisungen befolgen, um ein Programm zu erstellen.
• Gelber Stein: Ich kann Anweisungen befolgen, um ein Programm zu erstellen.
• Grüner Stein: Ich kann Anweisungen befolgen, um ein Programm zu erstellen. Außerdem kann ich anderen dabei helfen.

Feedback der Mitschüler*innen
Lassen Sie die Schüler*innen in ihren Teams über ihre Zusammenarbeit sprechen.
Ermutigen Sie sie dazu, ihre Rückmeldungen wie folgt zu formulieren:

• Ich fand es gut, wie/dass du …
• Ich würde gern mehr darüber wissen, wie du …

Um die Aufgabe zu vereinfachen, können Sie Folgendes tun:

• Vereinfachen Sie die Rechercheaufgabe, indem Sie die Anzahl der erneuerbaren und nicht erneuerbaren Energiequellen begrenzen.

Um die Aufgabe anspruchsvoller zu gestalten, können Sie Folgendes tun:

• Lassen Sie die Schüler*innen ein komplexeres Modell bauen. Bei einer Windkraftanlage könnten sie die Farbe der Lichtmatrix je nach Drehrichtung der Flügel ändern lassen, z. B. leuchtet sie rot, wenn sich die Flügel nach links drehen, und blau, wenn sie sich nach rechts drehen. Außerdem könnten sie die Flügel so programmieren, dass sie sich unterschiedlich schnell bewegen, um verschiedene Windgeschwindigkeiten zu simulieren.

Lassen Sie die Schüler*innen recherchieren, wie Menschen bei der Nutzung erneuerbarer und/oder nicht erneuerbarer Energiequellen die negativen Auswirkungen auf die Umwelt reduzieren können. Lassen Sie sie ihre Ergebnisse im Rahmen eines kurzen Videos oder eines schriftlichen Dokuments ihrer Wahl präsentieren.

Wenn Sie die Erweiterungen nutzen, dauert die Aufgabe länger als 45 Minuten.