Rationeller Einsatz elektrischer Energie. Unterrichtsexperiment zur Zubereitung einer Trinkschokolade

Inhaltsverzeichnis

1. Sachanalyse
1.1. Energie „sparen“
1.2. Der Zusammenhang von Energie und Leistung

2. Didaktische Reflexion
2.1. Einordnung in den Bildungsplan ´04
2.2. Einbettung der Stunde in die Unterrichtseinheit
2.3. Gegenwarts- und Zukunftsbedeutung des Themas für die Schüler
2.4. Exemplarität und didaktische Reduktion
2.5. Aufgabenanalyse und mögliche Schwierigkeiten

3. Kompetenzerwerb/ Lernziele
3.1. Übergeordnete Kompetenzen / Ziele
3.2. Fachliche Lernziele
3.3. Methodische Lernziele
3.4. Soziale Lernziele
3.5. Personale Lernziele

4. Methodische Reflexion
4.1. Artikulation des Unterrichts
4.1.1. Einstieg - Hypothesenbildung
4.1.2. Erarbeitungsphase (A) – Versuchsplanung/ Versuchsdurchführung - Auswertung
4.1.3. Erarbeitungsphase (B) – Versuchsplanung/ Versuchsdurchführung - Auswertung
4.1.4 Ergebnissicherung
4.1.4. Puffer
4.2. Methoden und Medien
4.2.1. Gruppenunterricht
4.2.2. Das Experiment

5. Verlaufsplan & Anlagen

6. Literaturverzeichnis

1. Sachanalyse

1.1. Energie „sparen“

Das Wort enérgeia bezeichnete im Griechischen das, was wir heute mit Tätigkeit oder Wirkung übersetzen. Nach nun nahezu 2000 Jahren Forschungsarbeit im Umgang mit Energie wurde die Erkenntnis von Naturwissenschaftlern knapp formuliert: „ Die Energie gibt an, wie viel Arbeit ein […] System verrichten konnte oder auch wie viel Wärme oder Licht es abgeben könnte.“ ¹ Die Energie eines abgeschlossenen Systems kann dabei weder vermehrt noch vermindert werden. Nach dem Energieerhaltungssatz wird Energie lediglich umgewandelt. Die in der Alltagssprache verwendeten Begriffe „Energieverbrauch“ und „Stromverbrauch“ sind daher so nicht richtig. Diese Ausdrucksweisen sind aber so tief verwurzelt, dass es widersinnig ist, sie den Schülern abzugewöhnen. In der Geschichte der Menschheit steigerte sich der Bedarf an Energie einhergehend mit dem weltweiten Bevölkerungswachstum ständig. Zur Energiewandlung werden hauptsächlich fossile Brennstoffe verwendet. Diese gegenwärtige Art der Energienutzung ist mit erheblichen Gefahren für Mensch und Umwelt verbunden.² Insbesondere möchte ich hierbei auf die Klimaveränderung durch CO2 – Freisetzung hinweisen. Es ist daher nötig Energie „einzusparen“. Dies kann unter Anderem in den Haushalten geschehen, die ähnlich viel Energie, wie Verkehr und Industrie umwandeln. Energiesparmaßnahmen müssen dabei nicht gleichbedeutend sein mit Verzicht oder gar Verminderung der Lebensqualität. Allein durch die Änderung des Nutzungsverhaltens und den Einsatz effizienter technischer Geräte, kann ohne zusätzliche finanzielle Mittel Energie eingespart werden. Das Ministerium für Umwelt, Klima und Energiewirtschaft spricht sogar davon, dass für einige Anwendungen eine Ersparnis von 50 Prozent möglich ist.³ Es gilt als wissenschaftlich gesichert, dass auch mit Kleingeräten elektrische Energie eingespart werden kann. Diese Unterrichtsstunde zielt daher darauf ab, Trinkschokolade mit unterschiedlichen Methoden möglichst energieeffizient zuzubereiten. Geräte die zum Aufwärmen des Wasser dazu verwendet werden sind: Elektrokochplatte, Wasserkocher (Edelstahl), Wasserkocher (Kunststoff) Kaffeeautomat. Persönliche Messergebnisse dazu finden sich im Anhang (Vgl. Medium 2).

1.2. Der Zusammenhang von Energie und Leistung

Um die verschiedenen Messverfahren für elektrische Energie und Leistung verstehen zu können, soll an dieser Stelle noch kurz der Zusammenhang zwischen Energie und Leistung aufgezeigt werden: Die Leistungsaufnahme eines Gerätes lässt sich leicht durch eine Stromstärke- und Spannungsmessung ermitteln. Sie ergibt sich schließlich als Produkt dieser beiden Faktoren (P = U * I). Wenn die Leistung eines Gerätes, gemessen in der Einheit Watt (W), mit der Zeit t multipliziert wird, die das Gerät läuft, ergibt sich die umgesetzte elektrische Energie (E = P * t). Die elektrische Energie gibt also an, wie viel elektrische Arbeit ein Gerät in einer bestimmten Zeit verrichtet.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abb.1: Weltweiter Energieverbrauch

Quelle: Bratzel 2006, S. 7

2. Didaktische Reflexion

2.1. Einordnung in den Bildungsplan ´04

Die Unterrichtsstunde „Trinkschokolade zubereiten – Experiment zum rationellen Einsatz elektrischer Energie“ im Fach Technik lässt sich im Bildungsplan ´04 für die Realschule – Klasse 9 dem Problem- und Handlungsfeld „Versorgung und Entsorgung“, sowie dem Problem- und Handlungsfeld „Bauen und Wohnen“ zuordnen. Hinsichtlich der Kompetenzentwicklung von Schülerinnen und Schülern heißt es dort:

„Die Schülerinnen und Schüler können

- technische Möglichkeiten zur Energieeinsparung im privaten oder schulischen/ öffentlichen Bereich nennen. (Kenntnis- und Strukturperspektive);
- technische Experimente zu Problemstellungen im Bereich Bauen und Wohnen planen, durchführen und auswerten. (Handlungsperspektive);
- Möglichkeiten des energiesparenden Bauens und Wohnens nennen. (Kenntnis- und Strukturperspektive).“ ⁴

Durch den unmittelbaren und handelnden Umgang mit den Energiemessgeräten können die Schüler darüber hinaus weitere Handlungs- Erfahrungsmöglichkeiten im Bereich der Technik sammeln (Handlungsperspektive) , sowie angemessene Kriterien zur Beurteilung technischer Objekte und die Methoden dieser Beurteilung kennenlernen (Bedeutungs- und Bewertungsperspektive) . „Dadurch wird bei den […] Schülern allmählich eine rational begründete Beurteilungsfähigkeit gegenüber der Technik aufgebaut.“ ⁵ Die enge Verknüpfung der Technik mit wirtschaftlichen Gesichtspunkten und mit solchen der persönlichen Lebensgestaltung jedes Einzelnen, wird hier, neben der Mehrperspektivität der Technik, deutlich.⁶

2.2. Einbettung der Stunde in die Unterrichtseinheit

Die Unterrichtsstunde „Trinkschokolade zubereiten – Experiment zum rationellen Einsatz elektrischer Energie“ ist innerhalb der Unterrichtseinheit „Energie sparen“ angesiedelt. Primär- und Realerfahrungen stehen hierbei im Mittelpunkt des handlungs- und problemorientierten Technikunterrichts. Um die Ziele einer technischen Grundbildung zu erreichen, sollen immer wieder technische Experimente zu Problemstellungen geplant, ausgeführt und ausgewertet werden.⁷ Dieser handlungstheoretische Ansatz basiert auf dem handlungstheoretischen Modell im Primat der Praxis nach J.F. Herbart.⁸ Der beiliegende Stoffverteilungsplan gibt einen Überblick über die Unterrichtseinheit „Energie sparen“, theoretische Ansätze, Experimente und fachpraktische Arbeiten. Dabei ist anzumerken, dass sich die Unterrichtseinheit in zwei Teile gliedern lässt. Der erste Teil, setzt sich in erster Linie mit den Begriffen: Energie und Leistung auseinander. Hier sollen die Schüler darauf hingeführt werden, selbständig ein Energieprofil eines Haushaltes zu erstellen, indem sie unterschiedliche Experimente zum rationellen Einsatz elektrischer Energie durchführen. Der zweite Teil befasst sich schwerpunktmäßig mit dem Thema „Wärmedämmung und Heiztechnik“. Auch hier werden die Schüler unterschiedliche Experimente im Bereich Wärmedämmung, an ihrem eigenen Minifachwerkhaus, welches sie selbst gedämmt haben, durchführen. Den Abschluss dieser Unterrichtseinheit bildet die fachpraktische Arbeit „Bau eines Sonnenkollektors für das Minifachwerkhaus“.

2.3. Gegenwarts- und Zukunftsbedeutung des Themas für die Schüler

Die Energienutzung ist einhergehend mit dem globalen Bevölkerungswachstum unweigerlich ein Schlüsselproblem⁹ unserer Gegenwart und der vor uns liegenden Zukunft. Einerseits ist eine sichere Energieversorgung für das Überleben der postmodernen Gesellschaft sowie die weitere wirtschaftliche Entwicklung notwendig, andererseits ist inzwischen klar, dass unsere gegenwärtige Art der Energienutzung mit erheblichen Gefahren für Mensch und Umwelt verbunden ist. Insbesondere zähle ich hierzu die massive Freisetzung von Kohlenstoffäquivalenten durch die nicht nachhaltige Verbrennung von Kohle, Gas und Erdöl. Die Dringlichkeit dieses Thema wird deutlich, betrachtet man die entwicklungs- und umweltpolitischen Aktionsprogramme wie die Agenda 21 oder die weiteren UN-Klimakonferenzen. Natürlich ist hier zu beachten, dass die Energieversorgung kein globales Problem ist und die Ausbeutung der begrenzten Energievorräte weltweit immer weiter steigt. Dennoch bin ich der Ansicht, dass die Schüler für ein energiebewusstes Handeln, nicht nur um Geld zu sparen, sensibilisiert werden müssen. Die Industriestaaten und damit jeder Einzelne von uns stehen in der Verantwortung gegenüber den weniger technisch entwickelten Ländern. Heutzutage ist es daher sehr wichtig den Energieverbrauch eines jeden elektrischen Gerätes genau unter die Lupe zu nehmen, denn im Haushalt jedes einzelnen Schülers kann Energie und Geld eingespart werden kann.

[...]

¹ Bratzel (u.A.) 2006, S. 6

² Vgl. Babenderede (u.A.) 2012, S. 28

³ Vgl. Ministerium für Umwelt Klima und Energiewirtschaft 2011, S. 4

⁴ Vgl. Ministerium für Kultus, Jugend und Sport, S.146- 147

⁵ Ebd., S. 145

⁶ Ebd., S. 144

⁷ Ebd., S.144 u. 147

⁸ Herbart begründete insgesamt vier Theorie-Praxis Modelle. Beim handlungstheoretischen Modell im Primat der Praxis bestimmt die Theorie Prinzipien und Richtung der Praxis. Die Praxis bildet jedoch den Takt, indem sie Erfahrungswerte dafür liefert, wie in einem konkreten Umfeld Theorie Wirklichkeit werden kann.

⁹ Schlüsselprobleme sind die von Wolfgang Klafki formulierten wesentlichen Inhalte der Allgemeinbildung. Nach Klafki sollen an den Schlüsselproblemen fokussiert die Bildungsinhalte exemplarisch vermittelt werden. Klafki leitet die Schlüsselprobleme aus epochal typischen Aufgaben der Menschheit ab, die vorerst nicht so bald gelöst werden können und deshalb auf absehbare Zeit Probleme darstellen, auf die der Bildungsprozess vorzubereiten hat.