Wissenschaftliche Erkenntnisse im Bereich MINT tragen zum technologischen, wirtschaftlichen und gesellschaftlichen Fortschritt bei. Ein grundlegendes Verständnis für den Prozess der wissenschaftlichen Erkenntnisgewinnung ist daher für alle Menschen von Bedeutung. Der Experimentierkompetenz kommt dabei eine zentrale Rolle zu, da sie alle MINT-Wissenschaften verbindet.
Zur Stärkung der fachübergreifenden Experimentierkompetenz werden die Experimente in dem Projekt AdUmint in einen narrativen Rahmen eingebettet. Diesen Rahmen stellt der Klimawandel dar, bei dem es interdisziplinäre Probleme zu lösen gibt. Jedes der zu entwickelnden Experimente beleuchtet dabei einen anderen Bereich des Themenkomplexes Klimawandel. Insbesondere vor dem Hintergrund einer zunehmend heterogener werdenden Schülerschaft stellt sich die Frage, inwieweit es gelingen kann, das Experimentieren bestmöglich unter Berücksichtigung von individuellen Voraussetzungen interdisziplinär zu fördern. Es werden daher adaptive Unterstützungen, insbesondere in Form verschiedener Instruktionen und gestufter Lernhilfen in einer digitalen Lernumgebung angeboten.
Das digitale Begleitmaterial ist auf die jeweiligen Experimente abgestimmt. Es führt die Lernenden durch den Experimentierprozess, der sich aus den vier Phasen (1) Hypothesenformulierung, (2) Versuchsplanung und -aufbau, (3) Durchführung und (4) Auswertung zusammensetzt.Für jedes der Experimente stehen Links bzw. QR-Codes zu MuxBooks zur Verfügung, welche inhaltlich an die Umsetzung in der digitalen Lernumgebung angelehnt sind.
Mathematik – Verminderung von Emissionen
Die Frage „Was ist der kürzeste Weg?“ gehört zu den ältesten uOptimierungsproblemen. Für die Fortbewegung werden fossile Energieträger benötigt, bei deren Verbrennung das Treibhausgas CO2 freigesetzt wird. Daher muss diese Frage auch vor dem Hintergrund des Klimawandels gestellt werden. Lernende sollen bei diesem Experiment eine Strategie entwickeln, um die kürzesten Wege in unterschiedlichen Graphen zu finden. Die Graphen stellen dabei vereinfachte Stadtpläne dar. Lernende entwickeln so ein Verständnis für das systematische Finden der kürzesten Wege.
Weitere Informationen zu den einzelnen Experimenten finden Sie unter https://mint-zirkel.de/?s=AdUmint
Physik – Schmelzen von Gletschern
Das Schmelzen der Gletscher hat globale Folgen für das Leben auf dieser Erde. Gletscher sind unsere Süßwasserspeicher, weshalb ein Schmelzen zuerst zu Überschwemmungen und dann zu Wassernot führen würde. Zudem verursacht das Schmelzen der Gletscher Klimaänderungen und damit verbunden einen Temperaturanstieg auf der Erde.
Dieses Experiment untersucht das Schmelzen von Eis auf verschiedenen Untergründen und berücksichtigt dabei die physikalischen Konzepte der Reflexion und Absorption von Licht. Um dies zu veranschaulichen, untersuchen die Schüler*innen das Schmelzen von Eiswürfeln in weißen bzw. schwarzen Trichtern und vergleichen das Schmelzverhalten miteinander.
Biologie – Ozeanversauerung
Der erhöhte CO2-Ausstoß wirkt sich auch auf den Lebensraum Ozean aus, da dieser das CO2 aufnimmt. Der physikalisch-chemische Prozess, der dabei passiert, wird als Ozeanversauerung bezeichnet.
In einem Unterwasserabenteuer untersuchen die Schüler*innen, wie sich ein erhöhter CO2-Gehalt auf die dort lebenden Schalentiere auswirkt (Abb. 3). Im Experiment untersuchen die Schüler*innen analog hierzu, wie sich ein erhöhter CO2-Gehalt im Wasser auf kalkhaltige Kreide auswirkt. Die Schüler*innen verwenden hierfür zwei Kreidestücke, von denen sie jeweils eines in CO2-armes Wasser (Leitungswasser) und eines in CO2-reiches Wasser (Sprudelwasser) legen. Dabei können sie beobachten, wie die Kreide im CO2-haltigen Wasser zunehmend zersetzt wird, während die Kreide im CO2-armen Wasser keine Spuren von Zersetzung zeigt.
Technik – Minderung des Energiebedarfs durch Wärmedämmung
Durch die Verbrennung fossiler Energieträger wie Gas, Öl, Holz oder Kohle entsteht das Treibhausgas CO2, das als Katalysator des Klimawandels gilt. Diese Energieträger sind jedoch für die Wärmeerzeugung in Gebäuden notwendig. Das Dämmen von Gebäuden ermöglicht es, den Verbrauch der fossilen Energieträger zu reduzieren sowie den CO2 Ausstoß zu minimieren. In dem zugehörigen Experiment testen die Schüler*innen die Dämmstoffe Kork, Styropor und Holzwolle bezüglich ihrer Dämmeigenschaften (Abb. 4). Hierfür legen sie diese nacheinander in ein Hausmodell mit einer innenliegenden Wärmequelle und vergleichen die über die Zeit gemessenen Temperaturwerte miteinander.
Elena Meister & Felix Nell
