Städtisches Gymnasium Ahlen

Schule im Herzen der Stadt

MINT Profil - Unterrichtsinhalte

Überblick:

1. MINT Profil - zentrale Unterrichtsinhalte

Klasse 6.1 - Naturwissenschaftliches Arbeiten
Klasse 6.1 - Robotics
Klasse7.1 - zdi Roboterwettbewerb "Robot Game"
Klasse 8.1 - Schwerpunkt Physik
Klasse 8.2 - Schwerpunkt Chemie

2. Wahlpflichtbereich

Biochemie
Informatik

3. Wettbewerbe

alle MINT-Schhülerinnen und Schüler nehmen jährlich teil an: Heureka, Informatik-Biber, Känguru, Mathe-Oylmpiade
Teilnahme am zdi-Wettbewerb Robot-Game

4. AGs und Profilkurse

Roboterprofilkurs
APPInventor AG
MINT-Profilkurs

zentrale Unterrichtsinhalte

Klasse 6.1 – Naturwissenschaftliches Arbeiten

Das Windelprojekt - Untersuchung von Superabsorber

Bereits eine Woche nach unseren Sommerferien starteten die Schülerinnen und Schüler der MINT-Klasse ihre Forscherarbeit. Zunächst wurde gemeinsam besprochen, wie Wissenschaftler bei ihrer Arbeit prinzipiell vorgehen. Sie beobachten zunächst ein Phänomen, das für sie spannende Fragen aufwirft, formulieren eine Leitfrage und überlegen, ob und wie diese eventuell zu beantworten ist, bevor sie gezielt Versuche zur Überprüfung planen.

Die jungen Forscher legten nach einem kurzen Übungsprojekt auch gleich mit einem sehr komplexen Thema los: Superabsorierende Polymere (SAP)!
Diese „Wunderkörnchen“, die das Vielfache ihres Gewichtes an Wasser aufnehmen (absorbieren) können, wurden aus Babywindeln extrahiert und danach zahlreichen Tests unterworfen. Schnell zeigte sich, wie genau man als Wissenschaftler arbeiten, aber auch dokumentieren muss, damit Ergebnisse vergleichbar werden. Trotz der teilweise sehr viel Konzentration erfordernden Feinarbeit und der schwierigen grafischen Darstellung der Ergebnisse (in Form von Säulen- und Kreisdiagrammen) blieb der Spaß jedoch nie auf der Strecke!

Auswertung von Versuchen mit dem Computer

Ziel des Unterrichts-Bausteins ist es, die selbst durchgeführten Experimente mit dem Computer auszuwerten. Hierbei werden zunächst Grundfertigkeiten im Umgang mit dem PC eingeübt. Anhand der kostenfrei verfügbaren Software ‚libre Office‘ lernen die Schülerinnen und Schüler das Erstellen von Textdokumenten mit eingefügten Bildern und Tabellen.

Um Versuche auch quantitativ auswerten zu können, wird dann anschließend der Umgang mit Tabellenkalkulationsprogrammen eingeübt. Dadurch können die im Experiment erzielten Ergebnisse in Form von Diagrammen einfach dargestellt werden. Ziel ist es, schlussendlich ein ganzes Versuchsprotokoll mit dem PC zu erstellen.

Raketenprojekt - Konstruktion und Abschuss von Wasser- und Treibsatzraketen

Ein jährliches Highlight im MINT-Unterricht ist die eigene Konstruktion und der Abschuss von Wasser- und Treibsatzraketen.

In Form eines Wettbewerbs wird zunächst das beste Wasserraketenkonstruktionsteam ermittelt. Ziel des Wettbewerbs ist es, die Rakete mit der längsten Flugdauer zu konstruieren. Verschiedene Faktoren müssen zur Erreichung dieses Ziels berücksichtigt werden. Zum einen muss ein spezieller Korken angefertigt werden, welcher es erlaubt einen hohen Luftdruck innerhalb der Rakete aufzubauen. Außerdem sollte die Form der Rakete aerodynamisch besonders günstig geformt sein, und schließlich muss die passende Wasserfüllmenge für eine optimale Flugphase gefunden werden. Der Kreativität sind hierbei keine Grenzen gesetzt.

Nach dem Bau der Wasserraketen folgt dann die Konstruktion von Treibsatzraketen. Hierbei handelt es sich um Modellraketen, welche mittels eines Feststofftreibsatzes in Höhen von etwa 100m befördert werden können. Der Abschuss der Raketen erfolgt auf einer speziellen Startrampe mittels Elektrozünder. Der Elektrozünder ermöglicht auch durch die Schülerinnen und Schüler der MINT-Klassen einen sicheren Raketenstart.

Damit die Raketen wieder verwendet werden können, ist es wichtig, diese mit einem Bergesystem auszustatten. Hierbei handelt es sich um einen Fallschirm, welcher sich in der Spitze der Rakete befindet. Wurde beim Raketenbau alles richtig gemacht, sollte sich dieser idealerweise am höchsten Punkt des Raketenflugs öffnen.

Klasse 6.2. - Robotics

Seit dem Schuljahr 2013/2014 können wir an unserer Schule dank der Unterstützung des Fördervereins die Schüler der MINT-Klasse mit dem LEGO® NXT®- und LEGO® EV3-System® unterrichten. Das selbständige Lösen von Problemen, sowohl bei der Programmierung, als auch bei der Konstruktion der Roboter, steht hierbei im Vordergrund. Die Schülerinnen und Schüler haben ihre Aufgaben bisher mit einer so hohen Motivation bearbeitet, wie dies sonst nur selten im Unterricht anzutreffen ist. Die Begeisterung für den MINT-Bereich konnte bei den Schülerinnen und Schülern in jeder Stunde aufs Neue beobachtet werden.

Zur Bearbeitung der Aufgaben steht jedem Zweierteam im Robotics-Unterricht jeweils ein LEGO®-Roboter und ein Laptop zur Verfügung.

Beispielaufgaben:

1) Einparken

Lasst den Roboter einparken. Dafür soll er ein Stück geradeaus fahren, eine Kurve nach rechts fahren und anschließend unter Abgabe eines Signals ein Stück rückwärtsfahren.

2) Ultraschallsensor

Lasst euren Roboter auf eine Wand zufahren. Mit Hilfe des Ultraschallsensors soll der Roboter vor der Wand anhalten ohne, diese zu berühren.

3) Der Postbote

Euer Roboter soll ein Paket entlang einer schwarzen Linie transportieren und in einer markierten Fläche absetzen. Es gibt Punkte für das zielgenaue Absetzen des Paketes und für die Geschwindigkeit mit der die Aufgabe erledigt wird.

Klasse 7.1 - zdi - Roboterwettbewerb Robot-Game

Klasse 7.2 - Informatik

Im Rahmen des MINT Unterrichts haben die SuS ein Halbjahr Informatik. Folgende Themen werden hier behandelt:

Erste Programmierung mit Scratch

Einführung in Java durch ‚Bausteinprogrammierung‘
Einführung in die Objektorientierung
Programmierung von kleinen Animationsfilmen oder Spielen
https://scratch.mit.edu/

Internetrecherche und Präsentationssoftware

Die SuS lernen im Internet sinnvoll zu recherchieren. Nach einigen Übungen suchen sie im Internet Informationen zu einer Person, die sie interessiert (in diesem Jahr waren Jürgen Klopp und Barack Obama die meist gewählten Persönlichkeiten) und erstellen über diese Person eine Präsentation
Lernziele: übersichtliche Strukturierung von Präsentationen & sinnvoller Einsatz von Animationen und Effekten

Robot Karol

Programmierung eines virtuellen Roboters
Vertiefung der Programmierkenntnisse
Schreiben von Befehlen
Heranführung an Algorithmen

Klasse 8.1. - Physik

Wir beschäftigen uns mit den physikalischen Gesetzen und den technischen Voraussetzungen um Gegenstände in Flüssigkeiten und Gasen kontrolliert schwimmen, schweben oder sinken zu lassen. Grundlage für das gesamte Programm ist die Erarbeitung des sog. „Archimedischen Prinzips“. Das hört sich sehr theoretisch an, ist es auch. Ist aber auch total spannend: Die Schülerinnen und Schüler konstruieren und optimieren individuell oder in Gruppen Schiffe, U-Boote, Heißluftballons, Flugzeuge, Raketen etc.. Höhepunkte stellen dabei immer wieder die „battle“ dar, bei denen die Leistungsfähigkeit der Konstruktionen im fairen Wettkampf untereinander verglichen wird. Und ganz nebenbei verbessern wir auch noch unsere Fähigkeiten zu recherchieren, präsentieren und dokumentieren. Klasse, oder?

"KETTENREAKTION" - DER FILM:

Im Projekt „Kettenreaktion“ wird mit Methoden der Wissenschaft zunächst beispielhaft untersucht, an welcher Stelle und wie kräftig man einen Holzquader (z.B. Dominostein) anstoßen muss, damit er umfällt. Physikalische Begriffe wie Schwerpunkt und Lageenergie werden greifbar. Spannend wird die praktische Umsetzung.

Im Freestyle-Experiment „Kettenreaktion“ werden in Kleingruppen nach eigenen Vorstellungen Kettenreaktions-Bausteine entwickelt, die zu einer großen Kettenreaktion verbunden werden müssen. Die Sorge, dass am Vorführungstermin auch alles klappt, schweißt die Schüler zusammen und am Ende ist man stolz, Teil eines erfolgreichen Teams zu sein (siehe Video).

"BALLMASCHINE" - DER FILM:

Klasse 8.2. – Schwerpunkt Chemie

Im zweiten Halbjahr der Jahrgangsstufe 7 beschäftigt sich die MINT-Klasse mit Fragestellungen aus dem Bereich der Chemie, z.B.:

Wie können Stoffgemische wieder voneinander getrennt werden? Durchführen von verschiedenen Stofftrennverfahren.
Wie viel Gas entsteht beim Auflösen einer Brausetablette? Planung und Durchführung von Experimenten zur CO 2-Entwicklung bei Brausetabletten.
Wie funktioniert Klebstoff? Kleber aus Milch. Herstellung von Milchkleber und Ermittlung des besten Klebers in Form eines Wettbewerbs.

Wie viel Gas entsteht beim Auflösen einer Brausetablette?

In diesem Themenblock wird die Gasentwicklung bei Brausetabletten genauer untersucht. Hierbei zeigt sich, dass sich an einer zunächst einfach erscheinenden Fragestellung zahlreiche weiterführende Fragestellungen anschließen.

So kann die chemische Reaktion, welche der Gasentwicklung zugrunde liegt. genauer untersucht werden.

Ein anderer großer Themenblock stellt die Abhängigkeit der Gasentwicklung von der verwendeten Wassermenge und von der Kohlenstoffdioxidkonzentration des Wassers dar.

Um diese Fragestellungen genauer zu untersuchen müssen die Schülerinnen und Schüler eigene Versuche planen und durchführen. Es zeigte sich in der Vergangenheit, dass hierbei zum Teil sehr unterschiedliche Versuchsaufbauten zur Beantwortung derselben Fragestellungen geplant wurden.