Bezug zum Lehrplan:

Inhaltsfeld:

Mobilität und Energie

Inhaltliche Schwerpunkte:

• Aufbau und Wirkungsweise unterschiedlicher Motoren
• Energieumwandlung und Wirkungsgrad

Übergeordnete Kompetenzerwartungen des KLP WP (Schwerpunkte)

UF1 Fakten wiedergeben und erläutern – Konzepte der Naturwissenschaften unter Bezug auf übergeordnete Modelle, Prinzipien und Gesetzmäßigkeiten erläutern, auch unter Verwendung von Beispielen

E8 Modelle anwenden – anhand historischer Beispiele Einflüsse auf die Entstehung und Veränderung naturwissenschaftlicher Erkenntnisse, insbesondere von Regeln, Gesetzen und theoretischen Modellen, erläutern

K2.1 Informationen identifizieren – die Kernaussagen altersgemäßer naturwissenschaftlicher Fachtexte und Medienbeiträge sowie fachtypischer Darstellungen benennen

K5.3 Recherchieren – Ergebnisse einer Recherche nach Relevanz filtern und ordnen sowie Inhalte, Darstellungsweisen und Intentionen kriteriengeleitet beurteilen

Lernvoraussetzungen und Vernetzung innerhalb des Faches und mit anderen Fächern

• Kugelteilchenmodell (CH, Jg. 8)
• Daten und Diagramme (M, Jg. 5 – 7)
• Reaktionsschemata (CH, Jg. 8)
• Strom und Spannung (PH, Jg. 7)

Fragestellungen / Sequenzierung inhaltlicher Aspekte

Kompetenzerwartungen des Kernlehrplans

Die Schülerinnen und Schüler können …

Zentrale Handlungssituationen

Dazu erhalten die Schülerinnen und Schüler die Gelegenheit …

Von der Dampfmaschine zum Verbrennungsmotor – wie haben sich unsere Fahrzeuge verändert?

• mit einem Modellexperiment die Wärmeausdehnung von Gasen als Prinzip des Arbeitstaktes eines Verbrennungsmotors darstellen (E5, E8),
• die Zustandsänderung von Gasen mithilfe des Teilchenmodells erklären (E8),
• für eine Recherche geeignete Suchmaschinen wählen, klare und zielführende Fragestellungen und Suchbegriffe formulieren und zur Eingrenzung der Ergebnisse Suchbegriffe kombinieren und hierarchisieren (K5.1),
• Änderungen von Berufsbildern durch innovative Technologien im Bereich Mobilität beschreiben und bewerten (B2, B3).

Erstellung eines Zeitstrahls mit wichtigen Eckdaten zur Geschichte der Mobilität und der mit ihrer Nutzung verbundenen Berufe (Erfindung der Dampfmaschine, erste Eisenbahn, erstes Automobil ...)

Experimente zur Wärmeausdehnung von Gasen

Kolbenproberexperiment zur Wärmekraftmaschine [1]

Simulationen zum Teilchenmodell (Java-Applets im Internet, Schulbuchsoftware)

Experteninterviews zu Berufen des Kfz-Gewerbes in örtlichen Betrieben

Energie aus Explosionen?

• den Aufbau und die Verbrennung eines Kohlenwasserstoffmoleküls in einem einfachen Teilchenmodell erläutern (E8),
• die energetischen Vorgänge bei der Verbrennung eines Kohlenwasserstoffmoleküls in einem Energiediagramm darstellen (E8),

Pappröhrenversuch zu explosiven Kraftstoffgemischen [1]

Nutzung von Molekülbaukästen zur Modellierung der Verbrennungsreaktionen

Energiediagramm von exothermen Reaktionen

Wie funktionieren Verbrennungsmotoren?

• den Aufbau eines Verbrennungsmotors beschreiben und seine Funktion erklären (UF1),
• die Kernaussagen altersgemäßer naturwissenschaftlicher Fachtexte und Medienbeiträge sowie fachtypischer Darstellungen benennen (K2.1).

Erkunden der grundlegenden Abläufe im Motor an Funktionsmodellen [1]

Nutzung von Simulationen (Darstellung der Takte, vereinfachtes Arbeitsdiagramm)

Umweltfreundlich durch Katalysator?

• verschiedene Kraftstoffe (auch Abkürzungen und Synonyme) benennen und in die Kategorien fossile und regenerative Energieträger ordnen (UF3),
• die Bildung von Luftschadstoffen mithilfe von Reaktionsschemata erklären (UF1),
• unterschiedliche Möglichkeiten der Verringerung von Emissionen von Verbrennungsmotoren erörtern (B1),

Internetrecherche zur Herstellung verschiedener Kraftstoffarten (Superbenzin, E10, Biodiesel, LPG, CNG...)

Verbrennungsversuche mit CO₂-Nachweis.

Verbrennungsversuche zur NO_x – SO₂ –Entstehung (LV)

Aufstellung von Wortgleichungen zu den Verbrennungsversuchen.

Wirkungsweise des Abgaskatalysators [2]

Antriebe der Zukunft?

• den grundsätzlichen Aufbau und die Wirkungsweise eines Elektromotors am Beispiel des Gleichstrommotors erläutern (UF1),
• das Generatorprinzip als Umkehrung des Motorprinzips als Möglichkeit der Rückgewinnung elektrischer Energie erklären (UF4),
• die Energieumwandlungen im Verbrennungs- und Elektromotor unter Verwendung von Energieflussdiagrammen schematisch beschreiben (UF2, K2),
• Informationsquellen dokumentieren und nach vorgegebenen Mustern korrekt zitieren (K5.2),
• Ergebnisse einer Recherche nach Relevanz filtern und ordnen sowie Inhalte, Darstellungsweisen und Intentionen kriteriengeleitet beurteilen (K5.3).
• Daten und andere Informationen aus fachtypischen Abbildungen, Grafiken, Schemata, Tabellen und Diagrammen entnehmen und diese, ggf. im Zusammenhang mit erklärenden Textstellen, sachgerecht interpretieren (K2.2).

Qualitative Versuche zum Elektromagnetismus und Induktion. Induktion als Phänomen, keine Erklärung durch Kräfte auf Teilchen

Bau eines einfachen Elektromotor-Modells.

Experimente mit dem Elektromotor-Generator-Bausatz.

Erstellung von Energieflussdiagrammen mit Hilfe eines Tabellenkalkulationsprogramms [3]

Anfertigung einer kleinen Facharbeit zu einem Thema aus dem Inhaltsfeld

„Die Zukunft ist elektrisch“ Analyse der Gesamtenergiebilanz verschiedener Antriebskonzepte mit Hilfe von Diagrammen [4],[5],[6]

1.

Unterrichtsmaterialien der Genius-Community: Thema Antriebstechnik (Verbrennungsmotor)

2.

Material von Seilnacht zu Abgasen

3.

Sankey Helper: Energieflussdiagramme mit Excel

4.

Material vom VDA: Elektromobilität als Alternative zum Erdöl

5.

bpb: Themenblätter zu Mobilität und Umwelt

6.

Unterrichtsmaterialien der Genius-Community: Thema Antriebstechnik (Elektromobilität)