NW-Lerntext für die Klasse 5d
Roland Heynkes 8.3.2025, CC BY-SA-4.0 DE
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In diesem Hypertext für die Klasse 5d notierte ich Woche für Woche, womit wir uns im NW-Unterricht beschäftigt haben.
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| Abschied | |
Wir haben erarbeitet, dass kritisches und selbständiges Denken eine Grundhaltung von Naturwissenschaftlern ist und wie die Naturwissenschaftliche Methode funktioniert. Ausführlich wird das beschrieben und erklärt im Lerntext: "Wie forschen Biologen".
Als Beispiel für ein stabiles Mikro-Ökosystem leben seit Jahren mikroskopisch kleine Algen und kleine Krebse in etwa 1 Liter Wasser zusammen. Damit das Wasser nicht verdunstet, liegt ein Glasdeckel auf dem Gefäß, aber es ist nicht luftdicht geschlossen, damit ein Druckausgleich möglich ist und sich keine schädlichen Gase anreichern können. Weil sich die Krebse von abgestorbenem Pflanzen-Material ernähren, wurden sie in den ersten Monaten mit abgekochten Löwenzahn-Blättchen gefüttert. Aber mit der Zeit lagerte sich auf dem Gefäßboden eine Schicht abgestorbenen Materials an, die offenbar als Nahrung für die Krebse und Dünger für die Algen ausreicht. Deshalb läuft dieses biologische Experiment jetzt jahrelang stabil ohne weitere Fütterungen und demonstriert die gegenseitige Abhängigkeit pflanzlicher und tierischer Lebewesen.
Ein Schüler machte die bewußte Beobachtung, dass die Algen das Wasser im einen Glas dunkelgrün färben, im anderen Glas jedoch hellgrün. Daraus ergab sich die Forscherfrage nach der Ursache für diesen Unterschied. Die Klasse entwickelte verschiedene Hypothesen zur Erklärung des Phänomens. Vor allem könnte es sich um unterschiedlich gefärbte Algen-Spezies handeln, oder im dunkleren Wasser könnte einfach die Konzentration der Algen höher sein. Um die beiden Hypothesen zu testen, untersuchten wir mit den Schulmikroskopen Proben beider Algen-Suspensionen. Dabei zeigte sich, dass im Sichtfeld des Mikroskops viel zu wenige Algen für eine Zählung zu sehen waren. Farbunterschiede waren schon aufgrund der viel zu unterschiedlich hellen Beleuchtungen unserer Lichtmikroskope auch nicht erkennbar. Also war unser Experiment aufgrund einer wenig geeigneten Ausstattung eigentlich gescheitert. Das ist in der Biologie nicht unüblich und immerhin sahen wir erstaunlich geformte Algen-Zellen.
Also dachten wir gemeinsam über die Ursachen unseres Fehlschlags nach und fanden verschiedene Möglichkeiten, wie das Experiment mit wesentlich teureren Geräten und künstlicher Intelligenz erfolgreich durchgeführt werden könnte. Doch dann führte ich ein ganz einfaches Experiment durch und es zeigte sich, dass selbst eine extreme Verdünnung des blaugrünen Mikro-Ökosystem dessen blaugrüne Färbung nicht in eine gelbgrüne verwandelte.
| Mikroalgen-Farbvarianten |
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| Roland Heynkes, CC BY-SA 4.0 |
Wir besprachen einige wichtige Erkenntnisse der Physik, ohne die man Chemie und Biologie kaum verstehen kann.
Licht-Teilchen haben keine Masse.
Deshalb können sie sich im Vakuum mit Lichtgeschwindigkeit bewegen
und darum können sich beliebig viele Licht-Teilchen genau am selben Platz befinden.
Materie-Teilchen haben eine Masse.
Deshalb können sie niemals die Lichtgeschwindigkeit erreichen.
Materie-Teilchen bilden die Atome, aus denen alles besteht, was man anfassen kann.
Wir wiederholten die Eigenschaften von Licht-Teilchen und Materie-Teilchen. Schülerfragen brachten uns dabei etwas vom Thema ab in Richtung Zukunft des Planeten Erde, unseres Sonnensystems, des Universums und der Menschheit.
Nebenbei besprachen wir die Wichtigkeit von Bewegung für die Gesundheit unserer Knochen und probierten leider erfolglos aus, ob die Klasse mit Bewegung im Unterricht umgehen kann.
Schließlich besprachen wir den Unterschied zwischen Menschen und Luft-Molekülen im Hinblick auf den Luftwiderstand.
Wir wiederholten kurz die Eigenschaften von Licht-Teilchen und Materie-Teilchen sowie den Unterschied zwischen Menschen und Luft-Molekülen im Hinblick auf den Luftwiderstand.
Menschen müssen ständig Energie aufwenden, um eine bestimmte Geschwindigkeit zu halten. Denn sie werden durch den Luftwiderstand ständig abgebremst, weil wir bei jeder Bewegung unzählige, uns umgebende Luft-Moleküle wegschieben müssen. Luft-Moleküle werden nicht durch Luftwiderstand abgebremst, sich zwischen ihnen keine kleineren Teilchen befinden.
Wenn Luft-Moleküle zusammen prallen, geht keine Energie als Wärme "verloren", weil sich beim Aufprall in einem Atom nichts verbiegt oder kaputt geht. Denn die Atomhüllen sind praktisch leerer Raum, in dem sich einige elektrisch negativ geladene Elektronen relativ frei bewegen und ausweichen können. Stoßen zwei Atomhüllen gegen einander, dann bremsen ihre sich abstoßenden negativen Ladungen den Aufprall ab und die vorübergehend etwas eingedrückten Atomhüllen nehmen danach einfach wieder ihre alten Formen an.
| Durchmesser der Atomkerne sind unverstellbar klein. |
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| anonym, CC BY-SA 3.0 |
Temperatur ist Bewegung und Wärme ist übertragene Bewegungsenergie.
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gelegentlich irrtümlich Brownsche Molekularbewegung genannte Wärmebewegung in einem Stück Alphahelix
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| anonym, CC BY-SA 3.0 |
Abhängig von der Temperatur wechselt Wasser zwischen den Aggregatzuständen fest (Eis), flüssig (Wasser) und gasförmig (Wasserdampf).
| Die folgende Animation von Julio Miguel A Enriquez and Monica Muñoz zeigt, wie sich oberhalb des absoluten Nullpunkts von -273,15°C alle Atome um ihre festen Plätze herum bewegen. |
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| Julio Miguel A Enriquez and Monica Muñoz, CC BY-SA 4.0 |
Mit zunehmender Temperatur bewegen sich die Teilchen immer schneller, bis die Verbindungen zwischen ihnen nicht mehr stark genug sind. Dann wechselt der Aggregatzustand des Gegenstands von fest zu flüssig.
| Die folgende Animation von Julio Miguel A Enriquez and Monica Muñoz zeigt, dass die Materie-Teilchen bei höheren Temperaturen ihre feste Plätze verlassen. In Flüssigkeiten ziehen sich aber die Materie-Teilchen noch stark genug an, um nicht ganz auseinander zu fliegen. |
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| Julio Miguel A Enriquez and Monica Muñoz, CC BY-SA 4.0 |
Mit weiter zunehmender Temperatur bewegen sich die Teilchen schließlich so schnell, dass es sie auch nicht mehr in der Flüssigkeit hält. Die schnellsten Teilchen fliegen aus der Flüssigkeit heraus. Die Flüssigkeit verdampft und der Aggregatzustand der Flüssigkeit wechselt von flüssig zu gasförmig.
| Bei noch höheren Temperaturen bewegen sich die Atome noch schneller und lösen sich völlig voneinander. So entsteht ein Gas. |
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| Julio Miguel A Enriquez and Monica Muñoz, CC BY-SA 4.0 |
Aufgrund von Schülerfragen besprachen wir Entstehung und giftige Wirkung von Kohlenstoffmonoxid sowie die Kondensation von Wasserdampf auf kühlem Glas.
Aufgrund einer Abstimmung über den Vorschlag eines Mitschülers planten wir ein Züchtungs-Experiment mit eierlegenden Süßwasserfischen.
Wir starten das geplante Züchtungs-Experiment erst nach den Weihnachtsferien, damit es von Allen beobachtet werden kann.
Wir wiederholten kurz die Eigenschaften von Lichtteilchen und Materieteilchen sowie die Ursachen für die Bewegung der Luftteilchen ohne Energieverlust. Ausführlich erarbeiteten wir, wie die Wärmebewegung der Atome in Boden und Wänden ständig die Luftteilchen beschleunigt.
Dann mussten wir allerdings ein emotionales Problem innerhalb der Klassengemeinschaft besprechen.
Wir besprachen Fischzucht als eine Komponente für ein Aquaponik-System für umweltfreundliche Nahrungsmittel-Produktion.
Im Raum der Bio-Ag gewöhnten wir durch mehrere kleine Wasseraustausche die Aachener Wasser gewohnten Zuchtfische an das Stolberger Aquarienwasser. Die Kardinälchen wurden gefüttert und bleiben nun bis Montag im Zuchtaquarium, wo sie ihre Eier in dicke Polster Javamoos fallen lassen sollen.
Nach den Ferien mussten wir das bisher Gelernte durch eine kurze Wiederholung festigen. Die Erinnerung daran war bei Einigen schon ziemlich gut.
Wir arbeiteten weiter am Mechanismus der Wärmeübertragung durch Austausch kinetischer Energie zwischen Luft und Haut sowie zwischen Hand und Tisch.
Wir besuchten unser Zucht-Experiment. Die ausgewachsenen Fische wurden bereits am Montag aus dem Zucht-Aquarium entfernt, damit sie nicht ihre Eier oder die ausgeschlüpften Nachkomme fressen können. Leider waren noch keine Jungfische zu sehen.
Im Bioraum arbeiteten wir weiter am Verständnis von Wärme- und anderen Formen von Energie. Wir suchten praktische Beispiele von Energie-Umwandlungen im Alltag und beachteten dabei die mit jeder Umwandlung verbundene Abwärme.
Außerdem besprachen wir Vorteile naturwissenschaftlichen Wissens für Patienten und Eltern sowie für die Gesundheit.
Wir unterscheiden verschiedene Formen von Energie: Wärmeenergie (thermische Energie), Kernenergie (Kernbindungsenergie), elektrische Energie, Bewegungsenergie (kinetische Energie), Strahlungsenergie, chemische Energie und potentielle Energie (Energie der Lage).
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Energie kann weder erzeugt noch vernichtet werden. (Energieerhaltungssatz) Aber bei jeder Energieumwandlung von einer in eine andere Energieform bleibt zwar die Energie-Menge vollständig erhalten, aber dabei entsteht immer auch nicht mehr nutzbare Wärmeenergie. |
Wir besuchten wieder unser Zucht-Experiment und stellten fest, dass unsere Zuchtfische tatsächlich Eier gelegt haben, denn es schwimmen jetzt zahlreiche winzige Jungfische im Aquarium. Bevor staubfeines Futter auf die Wasseroberfläche gestreut werden konnte, wurde die Bakterienschicht (Biofilm) vorsichtig mit der Hand unter Wasser gedrückt.
Zurück im Bioraum diskutierten wir über die Frage, was die Naturwissenschaftler wirklich wissen können über die Abstammung des Menschen, die Evolution allgemein und das Alter des Universums.
Wir sahen und diskutierten dazu die ersten 10 Minuten einer Fernsehdokumentation über die Entdeckung des Denisova-Menschen und seiner Nachkommen.
Wir besuchten wieder unser Zucht-Experiment und fütterten die winzigen Jungfische im Aquarium, nachdem wir vorsichtig den Biofilm mit der Hand unter die Wasseroberfläche gedrückt haben.
Zurück im Bioraum sahen und diskutierten wir weiter (ab Minute 10) die Fernsehdokumentation über die Entdeckung des Denisova-Menschen und seiner Nachkommen.
Liebe Schülerinnen und Schüler, leider kann ich mich nur auf diesem Wege von Euch verabschieden, weil mein Vertrag früher endete, als ich dachte. Ohne Vertrag darf ich Euch nicht mehr unterrichten und wahrscheinlich funktioniert auch bald meine Schul-e-mail-Adresse nicht mehr. Aber Ihr könnt natürlich weiterhin meine Internet-Seiten benutzen und findet unten auch meine private e-mail-Adresse. Ich wünsche Euch alles Gute und erfolgreiches Lernen.
