Lernbereiche

Die Schüler erkennen, dass Gesetzmäßigkeiten der Optik sowohl im Auge als auch in technischen Geräten gelten. Die Schüler untersuchen experimentell die Eigenschaften optischer Systeme und vertiefen dabei ihr Wissen über das Sehen. Sie erkennen, dass optische Hilfsmittel wesentlich zur Entwicklung des wissenschaftlichen Fortschritts bei der Erkundung des Mikro- und Makrokosmos beitragen.

Kennen der Ausbreitung des Lichtes

• Modell: Strahl

• Brechung
• Spiegelung

Kennen von Linsen

• Linsenarten

• Übertragen auf die Bildentstehung
• Reelle Bilder an Linsen
• Konstruktion von Bildern
• Virtuelle Bilder
• Vergleich von Linsenarten
• Optische Wirkung

Anwenden von Wissen über Linsen

• Lupe (Brille)
• Fernglas
• Mikroskop

Kennen verschiedener Spiegel

• Eigenschaften von Spiegeln
• Bildentstehung an Spiegeln
• Übertragen auf Beispiele
• Bilder an Hohl- und Wölbspiegeln
• Teleskop - Aufbau und Wirkungsweise

Beobachten und Zeichnen mineralischer und biologischer Objekte

Fertigen und Beobachten eines Frisch- und Dauerpräparates

Einblick gewinnen in Augentypen im Tierreich

• Linsenauge, Komplexauge
• Kennen der Leistungen des Auges
• Bildentstehung, Akkommodation, Pupillenadaptation

Wechselwirkungen Auge/ Gehirn

• Sehfehler und ihre Korrektur
• Optische Täuschungen

Einblick in die Tätigkeit des Optikers / Augenarztes gewinnen

Die Schüler erkennen Wasser als lebensnotwendigen und kostbaren Stoff. Sie erweitern durch überwiegend selbstständige praktische Tätigkeiten ihre Kenntnisse über physikalische und chemische Eigenschaften des Wassers. Die Schüler vertiefen ihr Wissen über den Zusammenhang zwischen dem Bau des Wassermoleküls und den makroskopischen Eigenschaften des Wassers. Sie erkennen die Wechselwirkungen zwischen Eigenschaften des Wassers und deren Einfluss auf das Leben.

Einblick gewinnen in den Wasserkreislauf

• Wasserhaushalt, humide und aride Gebiete

Wasser als Stoff

• Bau der Wassermoleküle
• Atombindung, bindende und nichtbindende Elektronenpaare, Wasserstoffbrückenbindungen, Dipolmolekül
• Anomalie des Wassers
• Volumenänderungen in Abhängigkeit von der Temperatur
• Frostschäden an Bauwerken und in Zellen,
• Frostverwitterung
• Wärmekapazität
• Vergleich des Temperatur-Zeit-Verhaltens beim Erwärmen von Öl und Wasser

Wasser als Kühlmittel und Wärmetransportmittel

• Gewässer als Klimafaktor
• Druckabhängigkeit der Siedetemperatur

Wasser als Lösemittel

• Lösungsvermögen, gesättigte Lösung, Emulsion
• chemische Verwitterung
• Zusammenhang zwischen Dichte und Salzgehalt von Wasser
• Schwimmversuche in unterschiedlich konzentrierten Lösungen
• Golfstrom, Totes Meer
• Lösevorgang als exotherme und endotherme Reaktion
• Berechnen von Stoffmengen- und Massekonzentrationen

Wasser als Transportmittel und als formende exogene Kraft

• Fließgeschwindigkeit
• Exkursion Fließgewässer: Flusstrübe und Geröll, Erosion, Akkumulation, Mäander
• Transportmittel in Organismen

Bedeutung für Organismen

• Wasser als Lebensraum
• Angepasstheit von Organismen
• Atmung
• Fortbewegung, Strömungsverhalten unterschiedlich geformter Körper

Wasser als Lebensmittel

• hartes und weiches Wasser
• Wasserqualität
• Wasseruntersuchung
• Exkursion
• Sich positionieren zur nachhaltigen Nutzung der Ressource Wasser
• Werteorientierung
  
  
  

Die Schüler lernen ein Naturdenkmal im Umfeld der Schule näher kennen und setzen sich mit seiner Entstehung auseinander. Dabei lernen sie die Vielfalt der Weichtiere kennen. In Experimenten untersuchen sie Eigenschaften natürlicher Mineralien und vertiefen an verschiedenen Beispielen ihr Wissen über Zusammenhänge zwischen Eigenschaften und Verwendung. Beim Entwerfen einer Lernstation üben die Schüler Recherche, Planung, Präsentation und Kontrolle von Sachverhalten. Dabei erkennen sie grundlegende Zusammenhänge in der Natur und festigen ihr Wissen über die Bedeutung von Mineralien für den Menschen.

Kalk in der Natur

• Naturdenkmal „Hoher Stein“ (Exkursion), Biogener Ursprung

• Einblick in die Vielfalt der Weichtiere gewinnen (Schnecken, Muscheln, Kopffüßer), Kennen der Angepasstheit der Weinbergschnecke an ihren Lebensraum

• Einblick gewinnen in die Vielfalt von Calciumcarbonat (Kalkstein, Marmor, Kreide), Untersuchen von Eigenschaften, Ableiten von Gemeinsamkeiten

• Überblick über die Weiterverarbeitung von Kalk verschaffen (Branntkalk, Löschkalk)

Anwenden der Kenntnisse über Eigenschaften und Verwendung von Kalkstein auf Erscheinungen in Natur und Praxis

 Lernen an Stationen, Experimente

• Kennen der Bedeutung von Carbonaten für den menschlichen Körper, Zahnpasta, Putzkörper und Fluoride

• Knochen, Kalkanteil, Bedeutung, Erkrankungen, Gesunde Ernährung

• Boden, Einfluss von Kalk auf pH-Wert, Lockerheit, Nährstoffgehalt, Bodenorganismen

• Tropfsteinhöhlen, Entstehung, Arten von Tropfsteinen

• Mörtel und Kalken von Wänden, Herstellung, Abbinden und Eigenschaften von Kalkmörtel

• Kalkentfernung (Kesselstein, Fliesenreinigung), Wasserhärte, Entkalkung im Haushalt

Kennen von Eigenschaften und Verwendungsmöglichkeiten von Natriumhydrogencarbonat

• Brausetabletten
• Feuerlöscher
• Backpulver (Backen von Brötchen)
  
  
  

Die Schüler verschaffen sich einen Überblick über die Schichten der Erdatmosphäre. Sie erwerben experimentell Wissen über wichtige Wetterelemente und führen Messungen zum aktuellen Wetter durch. Die Schüler erwerben die Fähigkeit, Wetterphänomene durch das Zusammenwirken verschiedener Faktoren erklären zu können. Die Schüler erkennen, dass die Zusammensetzung und der Aufbau der Atmosphäre die Grundlage für das Fliegen darstellt.

Kennen der Zusammensetzung und des Aufbaus der Erdatmosphäre

• Eigenschaften und Bedeutung der Atmosphärenschichten
• Höhe, Zusammensetzung, Lebensraum, Schutzfunktion

Wetter und Klima

• Zusammenhänge zwischen den Zustandsgrößen der Troposphäre, physikalische Grundlagen
• Luftdruck
• Wind
• Temperatur
• Luftfeuchtigkeit
• Bewölkung
• Messung/Beobachtung von Temperatur, Luftfeuchtigkeit, Luftdruck, Lichtintensität, Wind, Bewölkung
• Aufbau und Funktion von Messgeräten
• Experimente zu Luftdruck, Hoch- und Tiefdruckgebieten, Luftströmungen, Erwärmung und Abkühlung, Verdunstung, Taupunkt
• Begriffsklärungen, Einheiten, Ursachen
• Auswertung von Wetterkarten und Satellitenbildern

Bedeutung der Luft für das Fliegen

• Anwenden des Wissens über den statischen und dynamischen Auftrieb in der Luft
• biologische Systeme
• technische Flugobjekte
• Experimente zum Auftrieb
• Angepasstheit von Pflanzen und Tieren an das Fliegen
• Flugzeuge, Ballone, Gleitschirme
  
  
  

Die Schüler erwerben Wissen über die Beschreibung von Gesetzmäßigkeiten in der Natur mit Hilfe von mathematischen Modellen.

Symmetrie

• Bilaterale Symmetrie
• Rotationssymmetrie
• Translationssymmetrie

Bildung von Eiskristallen, Blütenformen

Harmonische Zahlenverhältnisse

• Goldener Schnitt
• Goldener Winkel
• Fibonacci

Blattstellungen, Körpermaße, Messen von Winkeln mit dem Programm GEOGEBRA, Anwendung in Kunst und Architektur

Spiralen

• Pixel- und Vektorgrafikarchimedische Spirale
• logarithmische Spirale
• goldene Spirale

Nautilus, Luftströmungen, Spiralnebel, Konstruktion von Spiralen

Flächen- und raumfüllende Muster

• reguläre und halbreguläre Parkette
• Platonische Körper
• Archimedische Körper

Bau einer Bienenwabe

Fraktale

• selbstähnliche Figuren
• chaotische Bewegungen

Beispiele aus der Natur, Erzeugung eines Fraktals, Chaospendel

Die Schüler wenden ihr Wissen über Funktionsprinzipien von Messfühlern an und setzen sich kritisch mit Messergebnissen auseinander. Sie erwerben Wissen über Modelle zur Beschreibung von Steuer- und Regelprozessen. Experimentell erweitern sie ihr Wissen über Steuer- und Regelmechanismen in der Natur und in der Technik und wenden die Modelle darauf an. Sie können einfache Steuer- und Regelprozesse mit dem Computer simulieren bzw. ausführen und überwachen. Dazu wenden sie ihre gewonnenen Kenntnisse zur Programmierung an.

Kennen ausgewählter Messfühler und Messmethoden

Beurteilen der Aussagekraft von Messergebnissen

Anwenden der Modelle Steuerkette und Regelkreis

• biologische und technische Regelkreise
• Biosensoren
• umkehrbare chemische Reaktionen

Kennen des Algorithmusbegriffes

• Eigenschaften
• Darstellungsformen
• Grenzen der Algorithmierbarkeit

Kennen der Grundlagen der Programmierung

• einfache Datentypen
• algorithmische Grundstrukturen; Sequenz, Selektion, Zyklus

Einblick gewinnen in die Modularisierung

Anwenden der Phasen des Problemlöseprozesses

Einblick gewinnen in die historische Entwicklung der Rechentechnik

Die Schüler erarbeiten sich Kenntnisse zum System Boden. Sie erwerben in einem Praktikum Fähigkeiten und Fertigkeiten, Bodenprofile aufzunehmen und sie zu analysieren. Sie setzen sich mit Beeinträchtigungen des Bodens durch Schadstoffe sowie mit Verdichtungs- und Erosionserscheinungen auseinander und nehmen zu Schutzmaßnahmen Stellung.

Kennen des Bodens als Stoffgemisch

Einblick gewinnen in Bodenbildungsprozesse, Bodenarten und -typen

Einblick gewinnen in globale und lokale Verteilungsmuster von Böden

Gestalten eines Bodenpraktikums

• Verfahren zur Gewinnung digitaler Bilddaten
• Bodenprofil
• chemische Bestandteile des Bodens
• Struktur und Eigenschaften des Bodens Zeigerpflanzen
• Lebensraum Boden (Destruenten im Boden, Mykorrhiza als Symbiose)
• Auswirkung von Luftschadstoffen und Düngung auf Böden
• Bodenverdichtung und Bodenerosion

Sich positionieren zur nachhaltigen Bodennutzung und zu Maßnahmen des Bodenschutzes.

Die Schüler verschaffen sich einen Überblick über die Entwicklung der Kommunikation des Menschen und über die Bedeutung biochemischer Informationsträger in der Natur. Sie erweitern experimentell das Wissen über Verfahren der Nachrichtenübertragung und kennen Komponenten des Intra- und Internets. Sie setzen sich mit Fragen der weltweiten Vernetzung auseinander. Die Schüler beherrschen die Nutzung ausgewählter Netzdienste zur lokalen und globalen Kommunikation.

Einblick gewinnen in unterschiedliche Möglichkeiten der biologischen Kommunikation

• zwischenmenschliche Kommunikation (Mimik, Gestik, Sprache, Symbole, Schrift)
• Reizaufnahme und -verarbeitung beim Menschen (Sinnesleistungen, Reiz-Reaktions-Kette)
• Kommunikation zwischen Mensch und Tier
• Kommunikation bei Tieren (besondere Sinnesleistungen, Bedeutung von Duftstoffen und Pheromonen)
• Reaktionen von Pflanzen auf Reize (Phototropismus, Geotropismus)

Erarbeitung eines Mind Map
Anwenden von verschiedenen Präsentationsformen

Einblick gewinnen in die Kommunikation zwischen Geräten (Kabel, IR, Bluetooth, WLAN)

Sich positionieren zur Bedeutung drahtloser Nachrichtenübertragung

Kennen netzwerkbasierter Kommunikation, ausgewählter Netzwerkkomponenten und -topologien

• Server
• Client
• lokale und globale Netze

Kennen von Diensten und der Bedeutung von Protokollen in vernetzten Systemen

• Informationsdienste
• Kommunikations- und Kooperationsdienste
• Dateitransfer

Beherrschen grundlegender Dienste des Intra- und Internets

Sich positionieren zu Maßnahmen zur Gewährleistung von Datensicherheit und Datenschutz in vernetzten Systemen

Die Schüler lernen die Bionik als eine Wissenschaft kennen, bei der Vorgänge und Strukturen der Natur technische Lösungen beeinflussen. Die Schüler nutzen ihr Wissen über Photosynthese und Stoffkreisläufe in Ökosystemen zur Reflexion über zukunftsweisende Technologien.

Einblick gewinnen in die Bionik als Wissenschaft

• Bionisches Denken
• Wissenschaftler und ihre Leistungen
• biologische Lösungen als Ergebnisse von Evolutionsprozessen
• technische Lösungen als Ergebnisse ingenieurtechnischer Konstruktionen

Anwenden des Wissens über Struktur und Funktion von Lebewesen

• Konstruktionen: „Der Traum vom Fliegen“
• Biologische Grundlagen des Vogelfluges
• Bau des Skelettes
• Samenverbreitung durch Flugsamen
• Bau von Schwebmodellen
• Oberflächen und Werkstoffe: „Warum können raue Oberflächen sauberer sein als glatte Oberflächen?“
• Untersuchen des Lotus-Effekts an verschiedenen Oberflächen
• aktuelle Anwendungen
• Konstruktionen: „Was macht den Grashalm so stabil?“
• Bau von Röhrenmodellen nach dem Vorbild der Natur