Projekt zur Zusammenarbeit der Naturwissenschaften und Informatik

In diesem Schuljahr wurde ein Projekt zur Intensivierung der Zusammenarbeit der Fächer Physik, Chemie, Biologie und Informatik gestartet. Es läuft fächerübergreifend in Klassen des naturwissenschaftlich-technologischen Zweiges in der 9. Jahrgangsstufe.

Durch entsprechende Stundenplangestaltung wurde dafür gesorgt, beste Voraussetzungen für das Projekt zu schaffen. Es wurden die Stunden in den genannten Fächern in den beteiligten Klassen so gelegt, dass sowohl ein Teamteaching von Lehrkräften verschiedener Fachrichtungen (z. B. Entstehung und Beobachtung von Spektren in Zusammenarbeit von Physik und Chemie, Reizleitung in Nervenzellen in Zusammenarbeit von Physik, Informatik und Biologie, Wasserstoffbrennstoffzelle als Energiespeicher in Zusammenarbeit von Physik und Chemie) als auch Blockveranstaltungen von mehreren Unterrichtsstunden am Stück für praktische Arbeiten der Schülerinnen und Schüler durchführbar sind.

Lehrkräfte der beteiligten Fächer hatten sich im Vorfeld zusammengesetzt und Schnittstellen und Überlappungsbereiche der einzelnen Fachlehrpläne identifiziert, um Synergien nutzen zu können.

Die ersten Teamteaching-Stunden liefen im ersten Schulhalbjahr zu den Themen „Atombau und dessen spektroskopische Untersuchung“ sowie „Reizleitung in der Nervenzelle“. Die Lehrkräfte der Physik und der Chemie in den beteiligten Klassen gestalteten gemeinsam eine Doppelstunde zum erstgenannten Bereich. Der experimentelle Einstieg mittels Flammenfärbungsversuchen vermittelte gleich auch fachliche Grundlagen aus dem Bereich der Chemie. Anschließend erläuterte die Physiklehrkraft an Hand von Freihandversuchen energetische Zusammenhänge im atomaren Bereich und brachte den Schülerinnen und Schülern theoretische Aspekte der optischen Spektroskopie und ihrer Anwendung näher. Diese konnten die Lernenden im jetzt folgenden Praxisteil beim chemischen Experimentieren in Kleingruppen umsetzen. Parallel hierzu wurden den Schülerinnen und Schülern physikalische Experimente aus dem Bereich der Spektroskopie in den Kleingruppen präsentiert und intensivierend mit ihnen darüber diskutiert.

Natriumflamme bei Tageslicht Natriumdampflampe auf Bunsenbrennerflamme
Bunsenbrennerflamme vor Natriumlicht Natriumflamme vor Natriumlicht

Sie erfuhren außerdem, dass spektroskopische Untersuchungen bereits mit sehr einfachen Mitteln wie z. B. einem selbst gebauten Schukartonspektroskop möglich sind.

Kontinuierliches Spektrum des Tageslichts Linienspektrum von Natriumlicht
Linienspektrum verschiedener Spektrallampen im Schukartonspektrospkop

Sowohl die Erkenntnisse aus der genauen Betrachtung des physikalischen Experiments der Entstehung eines Flammschattens als auch die aus der praktischen Arbeit bei den Flammenfärbungsversuchen wurden abschließend zu gemeinsamen Ergebnissen zusammengeführt, die gemeinsam für beide Naturwissenschaften als vermittelter Lehrstoff gesichert wurden. Stimmen aus dem Bereich der Lernenden waren unter anderem:

„Es ist schon toll, wie das so alles zusammenpasst – da in Physik und Chemie.“

„Es ist sehr viel leichter zwei verschiedenen Lehrkräften eineinhalb Stunden zuzuhören als einer einzelnen Lehrkraft 45 Minuten aufmerksam zu folgen.“

Alle Beteiligten fieberten so der zweiten Teamteaching-Stunde entgegen, die zum Thema „Reizleitung in der Nervenzelle“ durchgeführt wurde. Einstieg bildete hier ein Rollenspiel. Die Zuschauenden sollten nach einer Beschreibung dessen, was ihnen vorgeführt worden war, das Rollenspiel mit Hilfe von Werkzeugen der Informatik modellieren. Spätestens zu diesem Zeitpunkt erkannten alle Lernenden, dass es sich bei dem dargestellten Sachverhalt um die Reizleitung in einer Nervenzelle handelt.

Die Modellierung wurde anschließend mit Hilfe einer Tabellenkalkulation noch umgesetzt. Basierend auf den Modellierungen wurden elektrische Schaltungen entwickelt, die den Reizverlauf bei einer Nervenzelle vom Sensor bis zum über die Reizleitung laufenden Signal simulieren. Diese Schaltungen wurden von den Schülerinnen und Schülern mit Hilfe von Materialien du Bauteilen aus den physikalischen Schülerübungen selbst in Kleingruppen aufgebaut.

Abschließend konnten sie aus biologisch-chemischer Sicht ihr Wissen über die Reizleitung in der Nervenzelle beim Durchlaufen mehrerer Lernstationen durch Experimente und Recherche weiter intensiv ausbauen. Einziger Kritikpunkt aus Sicht der Lernenden war, dass die Zeit für diese Doppelstunde zu knapp war und bei einem nächsten Durchgang hier drei Stunden zum intensiven Lernen verwendet werden sollten. Wie bereits bei der Beschreibung der Raumausstattung der Physiksäle erwähnt, eröffnet das interaktive Whiteboard eine weitere Möglichkeit der intensiven Zusammenarbeit von Informatik und Physik. Experimentelle Ergebnisse, die im Physikunterricht durchgeführt werden können in Tabellen gesichert werden, die über das schulinterne Netz an alle Schülerinnen und Schüler übertragen und im Informatikunterricht mit Werkzeugen der Tabellenkalkulation (Lehrstoff der 9. Jahrgangsstufe) weiter verarbeitet werden.

Im zweiten Schulhalbjahr werden im Rahemn dieses Projekts von allen Beteiligten zwei interaktive Schaukästen (Tischvitrinen) zu den Themen „regenerative Energieerzeugung“ und „Reizleitung im Nervensystem“ geplant und gestaltet. Diese sollen in Zukunft allen Fachbereichen, die sich mit diesen Thematiken befassen für Unterrichtszwecke zur Verfügung stehen du allen Schülerinnen und Schülern des SMG die Möglichkeit bieten sich auch außerhalb des naturwissenschaftlichen Fachunterrichts mit diesen Themen zu beschäftigen.