Projektziele
Schülerinnen und Schüler soll im MINT-Unterricht der Zusammenhang zwischen MINT-Basiswissen und zukünftigen Berufsoptionen vermittelt werden.
Dafür sollen gesellschaftlich relevante Themen wie der Klimaschutz, die Energiewende und die Ressourceneffizienz mit klassischen Unterrichtsinhalten verzahnt werden.
Durch die Verzahnung sollen fachliche Grundlagen für eine Meinungsbildung, aber auch Perspektiven für neue Berufsfelder im Kontext von Zukunftstechnologien vermittelt werden.
Die hier publizierten Unterrichtsmaterialien sind für den Regelunterricht mit einem Doppelstundenkonzept vorgesehen. Die Materialien sind bei entsprechenden Rahmenbedingungen (z.B. kleine Lerngruppen, höhere Wochenstundenzahl, Raumausstattung) auch für ein forschend-entwickelndes Lernen geeignet.
Unterrichtsreihe zum Problemraum Treibhauseffekt und zum Lösungsraum Klimaschutz: „Grüner Stahl“ - Kohlenstoff und Wasserstoff als Reduktionsmittel von Eisenoxid
Die Schülerinnen und Schüler beschäftigen sich in der Unterrichtsreihe durch Aufgaben und einem Experiment damit, wie bei der Gewinnung von Roheisen Kohlenstoffdioxid entsteht. Im Anschluss wird eine alternative Reaktionsführung im Direktverfahren mit Wasserstoff als Reduktionsmittel vorgestellt. Durch den Vergleich von Kohlenstoffdioxid-Bilanzen erkennen und bewerten sie, welche Dimension die Produktion von Stahl für die deutsche Klimabilanz hat und wie durch die Herstellung von Stahl mit Wasserstoff („grüner Stahl“) Emissionen in einem hohen Maße vermieden werden können. Mit der Entwicklung dieser neuen Technologie sind sowohl Ausbildungs- sowie Berufsbilder verbunden.
Unterrichtssequenz zum Problemraum Treibhauseffekt: Entsteht in Kohlekraftwerken bei der Erzeugung von elektrischer Energie Kohlenstoffdioxid?
Im Rahmen der Unterrichtssequenz wird der Prozess der Energieerzeugung in einem Kohlekraftwerk bearbeitet, bei dem Kohle verbrannt wird, um Wärme zu erzeugen, die in elektrische Energie umgewandelt wird. Dabei wird auch die Umwandlung von chemischer Energie in thermische, kinetische und schließlich elektrische Energie erläutert.
Mit Hilfe eines Experiments wird gezeigt, wie bei der Verbrennung von Kohle das Treibhausgas Kohlenstoffdioxid entsteht, welches mit der Kalkwasserprobe nachgewiesen wird.
Themenschwerpunkte sind Energiediagramme, Begriffe exotherme und endotherme Reaktion, Aktivierungsenergie und die Erhaltung der Masse.
Lehrerinnen und Lehrer können diese Materialien und das Erklärvideo verwenden, um ihren Schülern die Zusammenhänge zwischen Kohlekraftwerken, Emission von Treibhausgasen und dem Klimawandel zu vermitteln.
Unterrichtseinheit: Modellierung von linearen Funktionen anhand des Kostenvergleichs verschiedener Heizungsarten
Im Rahmen der Unterrichtseinheit werden Wege aufgezeigt, lineare Gleichungen aufzustellen, sie für die Berechnung von Kosten zu nutzen und die Aussagen im Anschluss zu deuten. Die Kosten für den Einbau und den Betrieb von Gasheizungen und Wärmepumpen werden über die Zeit analysiert und dabei die Einbaukosten, jährliche Betriebskosten und die Lebensdauer der Heizsystem berücksichtigt. Mit Hilfe der Gleichungen werden Zeitpunkte und die dazugehörigen Kosten berechnet, um das Verständnis für lineare Gleichungen zu vertiefen.
Die Einheit betont die Wichtigkeit des Klimaschutzes und weist auf die finanziellen Konsequenzen der Energiewende hin, die im Vergleich zu den potenziell verheerenden Kosten des Klimawandels als notwendig angesehen wird.
Unterrichtseinheit: Analyse der Leistungen von Windkraft- und Photovoltaikanlagen mittels Funktionsrekonstruktionen
Die Unterrichtseinheit zeigt, wie mathematische Modelle verwendet werden, um die Leistung einer Windkraftanlage in Abhängigkeit von der Windgeschwindigkeit zu modellieren. Es werden Daten ausgewertet und ein mathematisches Modell erstellt, das die Leistung der Windkraftanlage beschreibt. Der Prozess der Auswahl von Datenpunkten und das Aufstellen eines Gleichungssystems zur Modellierung sind Teil der Einheit.
Passende Versuchsvideos für Lehrkräfte
Reduktion von Eisenoxid mit Wasserstoff "Grüner Stahl vs klass. Hochofenprozess"
Reduktion von Eisenoxid mit Kohle "Grüner Stahl vs klass. Hochofenprozess"
Verbrennung von Kohle, Erhaltung der Masse, Kalkwasserprobe
Entwicklung einer MINT-Bewertungskompetenz für gesellschaftliche Herausforderungen
Seit 2021: Kurze Unterrichtssequenzen für die MINT-Fächer
Aufbauend auf den Erfahrungen im Pilotprojekt entstehen für alle MINT-Fächer in Kooperation mit der Landesenergieagentur Hessen, dem VCI Hessen und weiteren Partnern kurze Unterrichtssequenzen mit Erklärvideos zum Problemraum Treibhauseffekt und zum Lösungsraum Klimaschutz.
Die Unterrichtssequenzen verknüpfen klassische Lehrplaninhalte mit dem Themenkomplex Treibhauseffekt und Klimaschutz und können dadurch leicht in den Regelunterricht der MINT-Fächer eingebunden werden.
Sie können hier heruntergeladen werden. Erklärvideos zu unseren Unterrichtssequenzen finden Sie auf unserem Youtube-Kanal.
2016 bis 2019: Pilotprojekt "Energiewende in den Unterricht"
Auszeichnung als Spotlightprojekt der Deutschen Bundesstiftung Umwelt (DBU)
Von 2016 bis 2019 führte das ZFC (Dr. Thomas Schneidermeier, Tobias Braumann, Simeon Blöcher / Goethe-Gymnasium Bensheim) das Pilotprojekt „Schule 3.0 – Energiewende in den Unterricht“ durch. Maßgeblich gefördert durch die Deutsche Bundesstiftung Umwelt sowie dem Hessischen Kultusministerium, dem Hessischen Ministerium für Wirtschaft, Energie, Verkehr und Wohnen, der Landesenergieagentur, Merck und dem VCI Hessen fand in den Schuljahren 2016/2017 und 2017/2018 für knapp 50 Lehrkräfte der Fächer Chemie, Informatik, Mathematik und Physik aus 13 südhessischen Schulen eine vierteilige berufsorientierende Workshopreihe zu den Themen „Organische Elektronik", „Brennstoffzellen", „Virtuelle Kraftwerke" und „Windkraft" statt.
Die teilnehmenden Lehrkräfte erstellten im Rahmen der Workshops in enger Zusammenarbeit mit der Universität Köln (Prof. Dr. Amitabh Banerji, jetzt Universität Potsdam), der Hochschule RheinMain (Prof. Dr. Birgit Scheppat) und der TU Darmstadt (Prof. Dr. Martin Kiehl) Unterrichtseinheiten.
Dem Beirat des Projekts gehörten Heike Blaum (VCI Hessen), Prof. Dr. Claudia Bohrmann-Linde (Eberhard-Karls-Universität Tübingen, jetzt Bergische Universität Wuppertal), Dr. Justus Brans (Hessisches Ministerium für Wirtschaft, Energie, Verkehr und Wohnen), Robert Hennies (Bundesministerium für Umwelt, Naturschutz, Bau und Reaktorsicherheit), Klaus Holl (Goethe-Gymnasium Bensheim), Rita Flad (Hessisches Kultusministerium), Dirk-Karl Pilgram (Georg-Christoph-Lichtenbergschule Ober-Ramstadt), Monika Biewald (Hessisches Ministerium für Wirtschaft, Energie, Verkehr und Wohnen) und Mathias Rust (Arbeitskreis SchuleWirtschaft) an.
Die Evaluation führte Prof. Dr. Martin Lindner (Martin-Luther-Universität Halle) durch.
Zum Abschluss des Projekts liegen folgende Unterrichtsreihen vor:
- Energiewende im Chemieunterricht – Treibhauseffekt und Energieeffizienz am Beispiel der OLED (Sekundarstufe I)
- Energiewende im Physikunterricht – Wasserstoff als Energieträger der Zukunft (Sekundarstufe I)
- Energiewende im Mathematikunterricht – sichere Versorgung mit Energie aus regenerativen Quellen durch Lineare Optimierung (Sekundarstufe II)
- Energiewende im Informatikunterricht – Simulation von Energieversorgungsnetzen für eine sichere Versorgung mit Energie aus regenerativen Quellen (Sekundarstufe II)
Die teilnehmenden Schulen und die beteiligten Lehrkräfte wurden am 15. November 2018 in einer feierlichen Abschlussversammlung im Hessischen Landtag unter anderem durch den Generalsekretär der Deutschen Bundesstiftung Umwelt, Alexander Bonde geehrt.
Geehrte Schulen:
- Alfred-Delp-Schule Dieburg
- Altes Kurfürstliches Gymnasium Bensheim
- Eleonorenschule Darmstadt
- Friedrich-Ebert-Schule Pfungstadt
- Georg-Christoph-Lichtenbergschule Ober-Ramstadt
- Goethe-Gymnasium Bensheim
- Heinrich-von-Kleist-Schule Eschborn
- Justin-Wagner-Schule Rossdorf
- Leibnizschule Wiesbaden
- Lichtenbergschule Darmstadt
- Nikolaus-August-Otto-Schule Bad Schwalbach
- Rheingauschule Geisenheim
- Ricarda-Huch-Schule Gießen
Die erstellten Unterrichtseinheiten wurden im Schuljahr 2017/2018 erprobt und evaluiert. Seit dem Schuljahr 2018/2019 werden sie praxisnah kontinuierlich weiterentwickelt.
April 2013: Start der Initiative Schule 3.0
Das ZFC gründete im April 2013 die Initiative „Schule 3.0 – Zukunftstechnologien in den Unterricht“, um in einem Netzwerk aus Schulen, Hochschulen, Unternehmen und Verbänden die Erstellung berufsorientierender Unterrichtseinheiten zu erleichtern.
Schwerpunkt sind gesellschaftlich relevante Themen wie der Klimaschutz, die Energiewende und die Ressourceneffizienz. Dazu gehören ressourceneffiziente zukunftsweisende Technologien wie beispielsweise die Brennstoffzellentechnologie, die Lithium-Ionen-Technologie und die Organische Elektronik.
Zukunftstechnologien sollen in den Unterricht der MINT-Fächer Chemie, Physik, Mathematik, Biologie und Informatik integriert und mit klassischen Unterrichtsinhalten verzahnt werden. Damit sollen Perspektiven für neue Berufsfelder vermittelt, aber auch naturwissenschaftliche Grundlagen für eine Meinungsbildung zu globalen Herausforderungen wie dem Treibhauseffekt gelegt werden.
Seit Oktober 2015 steht eine kompetenzorientierte, berufsbezogene Unterrichtseinheit mit dem Titel „Lithium regiert die (Smartphone)welt – woher nehmen, wenn nicht stehlen?“ zur Verfügung. Sie wurde in Kooperation mit dem Unternehmen Umicore, tecnopedia und der IHK Hanau-Gelnhausen-Schlüchtern erstellt.
Projektimpressionen
Weitere berufsorientierende Videos finden sie auf der Seite des Erfinderlabors.
Schule 3.0: Abschluss und Ziele des Pilotprojekts "Energiewende in den Unterricht"
Schule 3.0 November 2017: Infoveranstaltung "Ressourceneffizienz und Zukunftstechnologien"
Schule 3.0 - MINT Workshop für Lehrkräfte August 2017. Teil III
Schule 3.0 - MINT-Workshop für Lehrkräfte. Februar 2017. Teil II
Jun.-Prof. Amitabh Banerji zur ZFC-Initiative Schule 3.0
Jun.-Prof. Amitabh Banerji zum Thema OLEDs und Energiewende
Schule 3.0 - Zukunftstechnologien in den Unterricht: Informationsveranstaltung
Schule 3.0 - Zukunftstechnologien in den Unterricht: Einführung
Alle Veranstaltungen des ZFC
Ansprechpartner
Dr. Thomas Schneidermeier
Vorstandssprecher