„Inspiration Biene“ von Thomas Radetzki und Matthias Eckoldt ist ein leidenschaftlich erzähltes Sachbuch, das den Leser nach und nach in die faszinierenden Geheimnisse des Bienenvolkes einweiht.
Continue readingWenn Bienen Stopp sagen
Von den Bienen (wach)geküsst
Ein Sachbuch über Bienen, das mit einem „Kuss an der Haustür“ beginnt und am Ende ermutigt, in „die Fülle der Welt“ zu vertrauen, Altes loszulassen und angstfrei aufzubrechen!? Klingt vielversprechend.
Continue readingDen Klimawandel mit Mathematik und Naturwissenschaften besser verstehen
Kein Thema brennt Schülerinnen und Schülern aktuell so auf den Nägeln wie der Klimawandel. In der neuen Ausgabe des „Lehrerspezial“ gibt CASIO Anregungen rund um Umweltschutz und Klima für einen alltagsrelevanten Mathematik- und MINT-Unterricht ab Klasse 5.
Klimadaten messen, Umweltstatistiken nutzen und Klimaprognosen nachvollziehen – um komplexe Sachverhalte zu diesem hochaktuellen Thema zu verstehen, sind Mathematikkenntnisse gefragt. Im neuen „Lehrerspezial“ unter www.casio-schulrechner.de/lehrerspezial bekommen Mathematik- und MINT-Lehrkräfte Anregungen rund um das Themenfeld Klima. Ob Messungen der Gewässerqualität und Modellierung von Wetterdaten oder Integralrechnung mit Temperaturverläufen – das Lehrerspezial bietet viele Beispiele für einen anschaulichen Matheunterricht, der Spaß macht, an Interessen der Jugendlichen anknüpft und dazu beiträgt, dass Schülerinnen und Schüler die große Herausforderung „Klimawandel“ besser verstehen.
Experimente unterstützen dabei, die physikalischen Prozesse im Klimasystem nachzuvollziehen. Mit dem Messwerterfassungssystem C-Lab und dem Grafikrechner FX-CG50 lassen sich Daten wie etwa CO2-Gehalt und Temperaturen leicht messen und die Entwicklung der Messwerte live verfolgen. Das C-Lab stellt CASIO in der Rubrik „Produktspezial“ vor.
Wie Interessierte Jugendliche nach dem Schulabschluss in Klimaforschung und -schutz einsteigen können und wieso dafür neben Mathematik und Physik auch sozial- und wirtschaftswissenschaftliche Kenntnisse wichtig sind, erklärt Dr. Ingo Harms vom Klima-Exzellenzcluster der Universität Hamburg im Interview. Außerdem stellt CASIO in der Rubrik „Berufsspezial“ einen Ausbildungsberuf im Bereich Klima und Umweltschutz vor.
Zur aktuellen Lehrerspezial-Ausgabe: www.casio-schulrechner.de/lehrerspezial
#PlasticFreeFuture – Bildungsmaterialien zu den Gefahren von Plastik
Plastik dominiert unseren Alltag. Mit Halbwertszeiten von 450 Jahre und mehr bedroht unser Konsum nicht nur uns und unsere Umwelt, sondern auch zukünftige Generationen. Doch wie können wir einen bewussten Umgang mit dem Produkt erreichen und unsere Zukunft plastikfreier gestalten? Continue reading
Ökologischer Fußabdruck im Ozean
Ozeane sind nicht beliebig belastbar und schon gar nicht „unendlich“, auch hier hat der Mensch seinen ökologischen Fußabdruck hinterlassen. Bilder von Plastikmüll an einsamen Stränden, im Magen von Meerestieren und jetzt sogar im Marianengraben, dem tiefsten Punkt der Erde, haben das verdeutlicht. Erst Fotos machen Texte und Zahlen zu einer eindrucksvollen Botschaft. Aber wie fotografiert man die Erwärmung der Ozeane? Anschauliche Bilder sind rar – vielleicht wird die Ozeanerwärmung daher vergleichsweise wenig thematisiert. Die Rolle der Ozeane im Klimawandel darf aber nicht unterschätzt werden.
Digitale Unterrichtsressourcen zum Thema Klimakrise
Bei einem dadurch ermöglichten Vergleich der CO₂-Emissionen von Schülerinnen und Schülern sowie ihrer Familien im Unterricht sollte aber unbedingt deren Privatsphäre geachtet werden. Niemand sollte am Pranger stehen.
Energie-Führerschein
Mit der App Energie-Führerschein aus Österreich (www.fluxguide.com), die sich besonders für die Jahrgangsstufen 7 und 8 eignet, lässt sich das Energie-Bewusstsein schärfen. Das Quiz-Programm bietet verschiedene Levels, die analog zu den Energie- Effizienzstufen von Haushaltsgeräten bezeichnet sind (von C bis A++). Mit jedem erfolgreich absolvierten Level verwandelt sich eine auf dem Smartphone oder Tablet angezeigte virtuelle Insel Schritt für Schritt von einer dreckigen Industrielandschaft in eine ökologische Musterinsel. Ab Level A werden Fragen gestellt, die eine kleine Rechnung erfordern, z. B. zur Bestimmung von Energiekosten. Nur wenige Fragen des Quiz beziehen sich spezifisch auf Österreich, wie z. B. eine zur Aufschlüsselung des dortigen Energieverbrauchs.
Simulation der Auswirkungen des CO₂-Ausstoßes
Die internationale Staatengemeinschaft hat sich das Ziel gesetzt, den weltweiten Temperaturanstieg gegenüber der vorindustriellen Zeit auf 2 °C, besser noch auf 1,5 °C zu begrenzen. Dem entspricht eine bestimmte, von der Menschheit verursachte Menge CO₂, die noch in die Atmo sphä re gelangen darf. Je früher die CO₂- Emis sionen abgesenkt werden, desto mehr Zeit bleibt bis zur Erreichung des Ziels. Und umgekehrt gilt: Je länger gewartet wird, desto schneller muss die Reduktion erfolgen – was zunehmend radikalere Maßnahmen erfordert. Mit der für iOS und Android erhältlichen, kostenlosen App CO₂- Modeller der Universität von Southampton/UK (www.co2modeller.info) lassen sich verschiedene Szenarien durchspielen. Für die Berechnungen wird eine – verglichen mit Modellen, die für Simulationen auf Supercomputern genutzt werden – stark vereinfachte Variante verwendet, die aber wesentliche klimarelevante Größen und ihre Zusammenhänge berücksichtigt.
Digitale Ressourcen zur Klimakrise
Keep cool
In diesem Multiplayer-Spiel, an dem bis zu 50 registrierte Personen gleichzeitig teilnehmen können, ist das Ziel die erfolgreiche Führung einer Stadt, wobei zwischen einem „schwarzen“ und einem „grünen“ Wachstum gewählt werden kann. www.keep-cool-mobil.de
Flood Maps
Hierbei handelt es sich um eine Erweiterung des Kartendienstes Google Maps, die dafür sorgt, dass alle Flächen, die nach einem einstellbaren, durch Eisschmelze und Wasserausdehnung verursachtem Meeresspiegelanstieg (maximal 60 Meter) unter dem Meeresspiegel liegen, blau gefärbt dargestellt werden. http://flood.firetree.net
CO₂-Uhr
Die CO2-Uhr des Mercator Research Institute on Global Commons and Climate Change (MCC) in Berlin veranschaulicht, wieviel CO₂ in die Atmosphäre abgegeben werden darf, um die globale Erwärmung auf maximal 1,5 °C beziehungsweise 2 °C zu begrenzen. www.bit.ly/2kluDPf
Serena Supergreen
Ein für die Betriebssysteme iOS, Android, Mac OS X und Windows angebotenes Abenteuerspiel zur Berufsorientierung, das darauf abzielt, Schülerinnen für das Erlernen eines technischen Berufs zu motivieren. Die Spielenden steuern die Jugendliche Serena Supergreen, die nach einem Praktikum zusammen mit zwei Freundinnen in ihren Ferien zu einer Insel reist. Sie finden diese verlassen vor und müssen erst einige Herausforderungen, u. a. die Reparatur der dortigen Windkraftanlage, meistern, bevor sie nach Hause zurückkehren können. Zum Spiel existiert umfangreiches Begleitmaterial für den Unterricht. https://serena.thegoodevil.com
Übersicht über Computerspiele und Apps zur Nachhaltigen Entwicklung
Tipps für die Bereiche Energiewende, Bürgerbeteiligung und Klimawandel. Einige Online-Spiele basieren noch auf Adobe Flash und funktionieren daher nicht auf Smartphones und Tablets. www.wir-ernten-was-wir-saeen.de/computerspiele-apps
Leben mit der Energiewende
Bei „Leben mit der Energiewende“ handelt es sich um einen vom Journalisten Frank Farenski produzierte Reihe von Open-Source-Filmen, die im Kino und anderen Orten vom Regisseur gezeigt werden. www.lebenmitderenergiewende.de
Atmosfair
Anbieter für eine sogenannte CO₂-Kompensation, die darin besteht, als Ausgleich für CO₂-Emissionen, die von Privathaushalten vor allem durch die Benutzung von Flugzeugen verursacht werden, Entwicklungshilfeprojekte zu finanzieren, die an anderer Stelle zu einer Reduktion von CO₂-Emission oder einem Entzug von CO₂ aus der Atmosphäre führen. www.atmosfair.de
Über den Autor
Prof. Dr. Daniel Gembris ist Physiker und Dozent für Mathematik und naturwissenschaftliche Grundlagen an der Staatlichen Studienakademie Dresden der Berufsakademie Sachsen.
Demokratie bei den Bienen
Das Zusammenwirken im Bienenvolk ist außerordentlich komplex, flexibel und nicht hierarchisch gesteuert. Wie aber kann dann die Willensbildung und Kommunikation bei der Lösung von Problemen stattfinden?
Energie besser verstehen
Energie gilt als schwieriges Thema. In der Physik wird sie häufig ganz abstrakt nur als Bilanzierungsgröße betrachtet. Energie zu bilanzieren ist praktisch, da man verschiedene Prozesse miteinander vergleichen kann. Das ist beispielsweise ökologisch bedeutsam, um die Produktivität und Effizienz in Nahrungsketten und Ökosystemen zu berechnen.
Energie als Bilanzierungsgröße zu verwenden ist sinnvoll, erfordert jedoch ein großes Abstraktionsvermögen. Wie soll man sich etwas vorstellen, das man nur als Bilanz, das heißt als Mengenangabe kennt? Wenn dann beispielsweise von „Energiefluss“ die Rede ist, muss sich jeder Lernende (und Lehrende) fragen: „Was fließt denn da?“ Um Energie zu verstehen, muss man über Mengenangaben hinausgehen. Sie wird daher selbst in wissenschaftlichen Darstellungen meist recht anschaulich umschrieben. Für ein zutreffendes Verständnis müssen die Umschreibungen jedoch fachlich geklärt werden.
Energieumwandlung?
Ein bekannter Ökologe formuliert, dass Sonnenenergie bei der Photosynthese in Glukose umgewandelt werde. Energie wird jedoch nicht umgewandelt, schon gar nicht in einen Stoff. Energie ist Energie, bleibt unverändert und wird nichts Anderes. Es sei denn beim Urknall.
Energieformen?
Man redet von chemischer Energie und Bewegungsenergie, gar von Windenergie und Atomenergie. Auch hier gilt: Energie ist Energie und nichts Anderes. Daher gibt es streng genommen keine verschiedenen Energieformen: Unterschiedlich ist nicht die Energie, sondern die Formen, in denen Energie gespeichert oder übertragen wird. Beispielsweise spricht man besser nicht von chemischer Energie, sondern von chemisch gespeicherter bzw. chemisch übertragener Energie. Damit wird klar: Energie verändert sich bei Speicherung und Übertragung nicht! Sie bleibt Energie, nur die Speicherung oder die Übertragung sind unterschiedlich.
Energiereiche Stoffe?
Die Ausdrucksweise, dass Nährstoffe, Treibstoffe oder ATP (Adenosintriphosphat) „energiereich“ seien, nährt die Alltagsvorstellung, dass Energie eine stoffähnliche Substanz sei, die in den Stoffen enthalten ist. In ihnen steckt jedoch niemals Energie. Nicht Stoffe liefern Energie, sondern exergone chemische Reaktionen. Entsprechend werden Nährstoffe vom Organismus nicht durch Abbau energetisch genutzt, sondern durch Umsetzen mit Sauerstoff. Um Nährstoffe energetisch zu nutzen, müssen wir also nicht nur essen, sondern auch atmen! Der Zusammenhang von Ernährung und Atmung ist leider nur selten bewusst und wird im Unterricht meist ungenügend behandelt. Im Prozess der Zellatmung werden (abgebaute) Nährstoffe mit Sauerstoff umgesetzt. Beim Prozess der Zellatmung kommen also die mit Atmung und Ernährung aufgenommenen Stoffe zusammen, weshalb er ebenso gut „Zellernährung“ heißen könnte.
Energieträger?
Kein einzelner Stoff kann allein chemische Energie bereitstellen, sondern nur bestimmte chemische Systeme. Energieträger sind also nicht Nährstoffe, Treibstoffe oder Kohle, sondern chemische Systeme: Nährstoffe Sauerstoff, Treibstoffe- Sauerstoff, Kohle-Sauerstoff. Weil Sauerstoff allgegenwärtig ist, vergessen wir seine Rolle gern und setzen sie einfach voraus. Man beachte aber: Bei Kalorienangaben von Nahrungsmitteln handelt es sich um ihren Brennwert (Name!).
Energiereiche Bindungen?
Das Fachwort „Bindungsenergie“ suggeriert, dass Energie in chemischen Bindungen steckt. Die sogenannte Bindungsenergie bezeichnet jedoch die Energiemenge, die aufgewendet werden muss, um die Bindung zu spalten. Spalten von Bindungen erfordert Energie, Herstellen von Bindungen liefert Energie, und zwar umso mehr, je stärker die entstehenden Bindungen sind. Bei einer exergonen Reaktion haben daher die Produkte in der Summe stärkere Bindungen als die Reaktanden. Im Fall der Knallgasreaktion sind die Bindungen im Wassermolekül stärker als die in den Wasserstoff- und Sauerstoffmolekülen – siehe Abbildung 1.
Es gibt also keine energiereichen Bindungen, sondern nur schwache Bindungen. Chemische Systeme mit schwachen Bindungen sind energetisch nutzbar. Dieser Zusammenhang kann anhand der Prozesse von Photosynthese und Zellatmung verdeutlicht werden. Chemisch sind beide Prozesse gegenläufig, die Summenformeln lauten:
Auch die Teilprozesse können parallelisiert werden, wobei die endergone Wasserspaltung (durch Nutzung der Energie des Lichts, Photoreaktion der Photosynthese) und die exergone Wasserbildung (Endoxidation der Zellatmung) sowie Synthese Reaktion der Photosynthese (Calvinzyklus) und Zitronensäurezyklus der Zellatmung aufeinander bezogen werden. Der Weg der Wasserstoffatome von der Wasserspaltung bis zur Wasserbildung – blau gekennzeichnet – kann in Abbildung 2 anschaulich nachvollzogen werden.
Dr. Ulrich Kattmann, Professor für Didaktik der Biologie an der Universität Oldenburg (i. R.) . Über 45 Jahre Vermittlung von Themen zur
Biologie, vor allem Evolution und Genetik, in Universität, Schulen, zahlreichen Vorträgen, Aufsätzen und Büchern.
Zum Weiterlesen: Der hier vorliegende Beitrag basiert auf dem Buch von Ulrich Kattmann: Neue Wege in die Biologie – Energienutzung durch Organismen. Buch für Lernende des Sekundarbereichs II. Seelze: Friedrich Verlag 2019. Zu Energiebilanzen vgl.: Mathias Trauschke (2016). Energie fließend verstehen, MINT Zirkel 3-2016