Jannis Z., Feb 15, 2020

[b]Unterrichtmaterial zum Thema Umwelt- und Klimaschutz für verschiedene Altersklassen (konzipiert für GyGe)[/b] [color=#1551b5] [b]Ursprung / Anlass der Materialentwicklung[/b] Dieses Material ist im Studienjahr 2019 / 2020 von einer Gruppe von Studierenden des GyGe-Lehramts für Mathematik (M. Ed.) der RWTH Aachen im Rahmen der Praxisphase erstellt worden. Die Materialien entstanden aufgrund einer Anregung und auf der Basis entsprechender theoretischer Grundlagen, Empfehlungen und Vorgaben seitens des Lehr- und Forschungsgebiets Didaktik der Mathematik (Prof. Dr. Johanna Heitzer). Alle Inhalte wurden von uns als Studierendengruppe nach bestem Wissen zusammengestellt und bzgl. der Rechte bei Vorlagen, Abbildungen oder Links gekennzeichnet. Wir empfehlen dennoch eine individuelle Prüfung und ggf. Adaption (z. B. durch Kopieren der einzelnen Aktivitäten) vor der Nutzung in konkreten Lerngruppen. Kontakt mit der Studierendengruppe kann bei Bedarf über die E-Mail Adresse von Frau Prof. Dr. Heitzer (johanna.heitzer@matha.rwth-aachen.de) aufgenommen werden. [/color] [b]Übergeordnete Zielsetzung und Konzeption[/b] Das Material soll die Möglichkeit bieten, mithilfe von Mathematik Themen des Klima- und Umweltschutzes in verschiedenen Jahrgangsstufen zu behandeln. Dabei steht weniger das Vermitteln neuer mathematischer Kenntnisse und Fertigkeiten, als vielmehr der Kontext im Mittelpunkt der Betrachtung. Dieses Buch richtet sich grundsätzlich eher an Lehrende, die die einzelnen Abschnitte als Grundlage für eine Unterrichtsvorbereitung verwenden können. Selbstverständlich können auch Lernende die Materialien autodidaktisch bearbeiten, das ist aber nicht das Ziel bei Erstellung des Materials gewesen. Jede Materialsammlung ist einer Jahrgangsstufe bzw. einem Jahrgangsstufenbereich zugeordnet, die / der beim jeweiligen Kapitel in Klammern genannt ist. Es werden dementsprechend grundlegende mathematische Inhalte aufgegriffen, um verschiedene Aspekte des Umwelt- und Klimaschutzes zu untersuchen. Die einzelnen Kapitel bieten jeweils Material für eine überschaubare Anzahl von Unterrichteinheiten (ca. 90 bis 180 Minuten, je nach Kapitel). Zur Einordnung des Materials sind in jedem Kapitel Lernvoraussetzungen und -ziele, sowie Bezüge zum Kernlehrplan (NRW, Stand 2020) beigefügt. Hinzu kommt zur Erleichterung der Unterrichtsvorbereitung ein beispielhaftes Ablaufschema im klassischen Sinne, welches die vorgeschlagenen Materialien bzw. ihren möglichen Einsatz in einer Unterrichtseinheit beinhaltet. Natürlich können die Materialien aber auch auf andere Art in den Unterricht eingebettet werden. Da nicht die Vermittlung, sondern die Anwendung der mathematischen Inhalte zentral ist, ist es sinnvoll die entsprechenden Unterrichtseinheiten oder Kurzreihen eher gegen Ende einer größeren Unterrichtsreihe zur Wiederholung oder Vertiefung der mathematischen Inhalte durchzuführen. Die übergeordneten Ziele der Unterrichtseinheiten in diesem Buch sind dabei: [list] [*] Nachhaltigkeitsbewusstsein/ Mathematik als Welterkenntnis: Die Schülerinnen und Schüler sollen in der mathematikbasierten Auseinandersetzung mit Themen und Aspekten des nachhaltigen Umgangs mit den Ressourcen der Erde und des Umweltschutzes lernen, ihr eigenes und das gesellschaftliche Handeln bewerten zu können und ggf. Bereitschaft zur Veränderung der bestehenden Situation zu entwickeln. Dies soll dazu beitragen eine rationale Grundhaltung sowie Mündigkeit und Selbstwirksamkeitserfahrung zu stärken. [*] Positivität: Die Behandlung der Thematik soll möglichst konstruktiv erfolgen, um die Schülerinnen und Schüler nicht zu demotivieren oder ihnen gar Angst zu machen. Nichtsdestotrotz sollen die Materialen authentisch sein und ernsthaft auf bestehende Probleme hinweisen. Da die behandelten Themen durchaus besorgniserregend sind, ist eine jahrgangsstufenspezifische Abwägung zwischen globalen Zusammenhängen und persönlichem Einfluss, sowie zwischen aktueller Lage und Lösungsansätzen zu treffen. [*] Umgang von Quellen: Die Schülerinnen und Schüler sollen lernen, mit Quelltexten umzugehen und mathematische Informationen aus ihnen zu gewinnen sowie ihre Seriosität einschätzen zu können. [/list] Wir wünschen viel Erfolg und hoffentlich gute Ergebnisse bei der Verwendung! Die Autoren: Michel Heße Georg Reucher Jann Kämmerling Johannes Holten Mesut Ibrahim Tastekin Tobias Winkens Milan Comos Eléna Schmeing Fabian Reinartz Sven Schöbel Daniel Nemeth Jannis Zeller

Das in dieser Einheit vorgestellte Material behandelt den CO2 Ausstoß verschiedener Verkehrsmittel und deren Anteil an den gesamten CO2-Emissionen Deutschlands. Die Bundesregierung hat sich das Ziel gesetzt ihre Treibhausgasemissionen bis zum Jahr 2020 um 40 Prozent im Vergleich zum Jahr 1990 zu verringern. Die entspricht einer Senkung von ca. 1250 Millionen Tonnen CO2-Äquivalenten im Jahr 1990 auf maximal 750 Millionen Tonnen CO2-Äquivalenten 2020.

• 1. CO2-Ausstoß verschiedener Verkehrsmittel und deren Anteil an den Gesamtemissionen
• 2. Einordnung in den Kernlehrplan
• 3. Stundenverlaufsplan
• 4. Material 1: Video - Was ist C02
• 5. Material 2: CO2-Emissionen Ländervergleich
• 6. Material 3: CO2-Emissionen Deutschland
• 7. Material 4: Emissionen verschiedener Verkehrsmittel
• 8. Arbeitsblatt
• 9. Arbeitsblatt - Musterlösung

Mithilfe dieser Materialsammlung untersuchen wir die Größe des Braunkohletagebau Hambach und vergleichen sie mit der Fläche des Hambacher Wald aus dem Jahr 1975. Die Daten stammen vom BUND Landesverband NRW und von geoportal.nrw des IMA GDI NRW, also der Geschäftstelle des Interministeriellen Ausschusses zum Aufbau der Geodateninfrastruktur in NRW.

• 1. Material 1: Luftbildaufnahme Tagebau Hambach 2019
• 2. Material 2: Hambacher Wald um 1975
• 3. Video 1: Die Geschichte des Hambacher Forst
• 4. Video 2: Zeitraffer des Tagebau Hambach
• 5. Arbeitsblatt 1
• 6. Arbeitsblatt 2
• 7. Lernvoraussetzungen und -ziele
• 8. Einordnung in den Kernlehrplan
• 9. Stundenverlaufsplanung
• 10. Material 1 (analog) - Luftbildaufnahme Tagebau Hambach
• 11. Material 2 (analog) - Hambacher Wald um 1975
• 12. Arbeitsblatt 1 - Lösung
• 13. Arbeitsblatt 2 - Lösung

Im folgenden Material können sich die Schülerinnen und Schüler mit aktuellen und vergangenen Daten zur Katastrophenstatistik und globalen Erwärmung auseinandersetzen, die aus den Datenbanken des Deutschen Wetterdienstes DWD und Centre for Research on the Epidemiology of Disasters - CRED bereitgestellt werden. Während Klimatologen schon seit Jahrzenten eine kontinuierliche Erwärmung von Luft und Ozeanen sowie einen signifikanten Anstieg verheerender Naturkatastrophen beobachtet haben, gelangte das Thema globale Erwärmung durch Al Gore's "Eine Umbequeme Wahrheit" im Jahre 2006 ins öffentliche Bewusstsein. Spätestens seit der "Fridays for Future"- Bewegung ist das Thema Klmiaschutz in der Mitte der Gesellschaft angekommen und auch für Jungendliche eine präsente Problematik, was sich aus den Ergebnissen der Shell-Jugendstudie 2019 ableiten lässt. Die Daten, mit denen in diesem Block gearbeitet werden soll, zeigen unmissverständlich, wie besorgniserregend die Entwicklung der letzten 20 Jahre aus klimatischer Sicht ist. Allein ~56% der globalen gemeldeten Naturkatastrophen im Zeitraum 1960-2019 entfällt auf den Bereich 2000-2019. Dabei ist sowohl eine klimatische Destabilisierung in Form zahlreicher Extremtemperatur- und Extremwettererscheinungen als auch in Form zunehmender Dürren und Überflutungen zu beobachten. Aus mathematischer Sicht sollen die Bereiche absolute und relative Häufigkeit des Themenblocks Stochastik/Statistik vertieft, sowie Streifen- und Kreisdiagramme eingeführt und erstellt werden. Die kontextuelle Einbindung soll hierbei sowohl den mathematischen Inhalt motivieren als auch das überfachliche Interesse an Klimaschutz und -forschung erhöhen.

• 1. Lernvoraussetzungen und -ziele
• 2. Einordnung in den Kernlehrplan
• 3. Material 1: Mediale Präsenz von Naturkatastrophen
• 4. Material 2.1-4: Entwicklung verschiedener Naturkatastrophen in den Jahren 1960-2019
• 5. Material 2 exemplarische Loesung
• 6. Material 3
• 7. Konkrete Stundenplanung
• 8. Zentrales Aufgabenblatt
• 9. Policy Brief für Deutschland

In dem vorliegenden Material setzen sich die SuS mit dem Potential der Aufnahme atmosphärischen CO_2 durch Aufforstung auseinander. Diese Diskussion wurde im Juli 2019 besonders angefacht, da eine Studie der ETH Zürich im Wissenschaftsjournal „Science“ erschienen ist, nach welchem weltweit zusätzlich 900 Millionen Hektar Fläche zur Neubepflanzung zur Verfügung stehen würde. Hierdurch wäre es möglich, bis zu 205 Milliarden Tonnen CO_2 zu speichern, sobald diese Bäume herangewachsen sind. Dies entspräche ungefähr zwei Dritteln des gesamten atmosphärischen Kohlenstoffs weltweit. Die Ergebnisse der Forscher der ETH Zürich haben eine größere Diskussion ausgelöst. Das tatsächliche Potential dieser Aufforstung wird von anderen Forschern angezweifelt, gerade durch Naturkatastrophen, wie die Waldbrände in Australien zu Beginn 2020, wird dieser Kohlenstoff schließlich wieder freigesetzt. Die SuS sollen sich mit dieser Thematik auseinandersetzen und grundlegend dafür sensibilisiert werden. Der mathematische Kern der Aufgaben liegt in der Arithmetik/Algebra. Die SuS setzen sich konkret mit Termen und Variablen auseinander, zudem werden Dreisatz und Anteilsberechnungen wiederholt. Bei Termen werden nicht nur Werte für Variablen eingesetzt, sondern auch explizit das Aufstellen von Termen erwartet.

• 1. Das Potential globaler Aufforstung zur Aufnahme atmosphärischen CO_2
• 2. Lernvoraussetzungen und -ziele
• 3. Einordnung in den Kernlehrplan
• 4. Tagesschau-Beitrag zur Studie der ETH Zürich
• 5. Arbeitsblatt 1 - Aufforstungspotential
• 6. Arbeitsblatt 2 - Brandschutzmaßnahmen
• 7. Skizze_Waldstück
• 8. Exemplarischer Stundenverlaufsplan
• 9. Arbeitsblatt 1 - Lösungsvorschlag
• 10. Arbeitsblatt 2 - Lösungsvorschlag

In diesem Kapitel und den zusammengestellten Materialien setzen sich die SuS mit dem Wasserverbrauch von Lebensmitteln im mathematischen Sinne auseinander. Dies ist besonders im Jahr 2018 diskutiert worden, da in diesem Jahr „warenvergleich.de“ im April/Mai eine Recherche publiziert hat, in der 28 Lebensmittel und ihr Wasserverbrauch dargestellt wurde. Zu Beginn des Dokuments sind die Ergebnisse festgehalten, die hervorheben, dass die zehn Lebensmittel mit dem niedrigsten Wasserverbrauch Gemüse- und Obstsorten sind und, dass ein Fleischkonsum und die damit einhergehende Fleischproduktion viel Wasser benötigt.

• 1. Der Wasserverbrauch von verschiendenen Lebensmitteln und Hinweise zur Nutzung
• 2. Lernvoraussetzungen und -ziele
• 3. Einordnung in den Kernlehrplan
• 4. Exemplarischer Stundenverlaufsplan
• 5. Explainity Erklärvideo: Virtuelles Wasser
• 6. Fragen zum Text
• 7. Wasserressourcen und Klimawandel
• 8. Arbeitsblatt 1 - Wasserverbrauch von einzelnen Lebensmitteln
• 9. Arbeitsblatt 2 - Wasserverbrauch von Lebensmitteln im Vergleich
• 10. Kreisdiagramme in GeoGebra
• 11. Fragen zum Text - Lösungsvorschlag
• 12. Arbeitsblatt 1 - Lösungsvorschlag
• 13. Arbeitsblatt 2 - Lösungsvorschlag

In diesem Baustein beschäftigen sich die Schülerinnen und Schüler mit den Auswirkungen des Fleischkonsums auf den [math]CO_2[/math]-Ausstoß. Dabei nutzen sie Prozentrechnung um die erhaltenen Ergebnisse einzuordnen und setzen sich einigen Medien auseinander, um fundierte Rechnungen anzustellen. Ziel des Bausteins ist die Sensibilisierung für Umweltfaktor und die Ermutigung sich mit der eigenen Lebenswelt auseinander zu setzen und dabei die Mathematik als Werkzeug zu nutzen.

• 1. Lernziele und Voraussetzungen
• 2. Einordnung in den Kernlehrplan
• 3. Geplanter Stundenverlauf
• 4. Arbeitsblatt 1 , eine erste Schätzung
• 5. Schätzungsgraph
• 6. Arbeitsblatt 2, der Mensch braucht Eiweiß
• 7. Wertvolles aus der Hülse
• 8. Lösungsblatt für Schülerinnen und Schüler 1
• 9. Arbeitsblatt 3, was ist unser Ergebnis?
• 10. Der Klimatarier CO2-Rechner
• 11. Lösungsblatt für Schülerinnen und Schüler 2
• 12. Musterlösung für Lehrkräfte 2
• 13. Musterlösung für Lehrkräfte 1

In dieser Unterrichtseinheit sollen die SuS selbständig, auf Grundlage von Messdaten vom Alfred Wegener Institut und mit Hilfe eines Geogebra-Applets, die Änderung der Meereisfläche im Zeitraum zwischen 2002 und 2019 erforschen. Die SuS sollen somit einen Einblick in ein Teilgebiet der Klimaforschung erhalten und sich mit wissenschaftlicher Evidenz auseinandersetzen. Den SuS werden visualisierte Messdaten zur Meereiskonzentration aus dem Monatsmittel des Septembers jeden Jahres zur Verfügung gestellt. Mit einem Geogebra-Applet können die SuS die Meereisfläche für jedes Jahr bestimmen und Daten sammeln. Da die Bestimmung der Meereisfläche in Partnerarbeit erfolgen soll, werden die SuS im Vergleich zu den anderen Gruppen zwangsläufig mit Messunsicherheiten konfrontiert. Dies führt dazu, dass Aspekte der Statistik aufgegriffen werden und eine kritische Auseinandersetzung mit Messwerten und Messunsicherheiten erfolgt.

• 1. Fachlicher Hintergrund
• 2. Lernvoraussetzungen
• 3. Einordnung in den Kernlehrplan
• 4. Stundenverlaufsplan
• 5. Material

In diesem Baustein wird der Anstieg der (mittleren) Lufttemperatur in Deutschland betrachtet. Das Material untersucht dabei reale Lufttemperatur-Daten aus Deutschland und deren Bedeutung im Kontext des Klimawandels. Die Daten stammen vom Umweltbundesamt (UBA), der zentralen Umweltbehörde in Deutschland, und dem Deutschen Wetterdienst (DWD). Die Daten werden dabei in einem vereinfachten Modell mithilfe linearer Funktionen beschrieben. Insbesondere sollen die SuS Vorhersagen treffen, wie sich die Lufttemperatur zukünftig entwickelt und mit politischen Richtlinien (1,5 °C- bzw. 2 °C-Ziel des Pariser Klimaabkommens) vergleichen. Ziel des Materials ist es, einen gesellschaftspolitischen Kontext unter mathematischen Aspekten zu betrachten, um die Bedeutung der Mathematik in der Gesellschaft herauszustellen.

• 1. Einordnung Kernlehrplan
• 2. Lernvoraussetzungen und -ziele
• 3. Hintergrund und Verlaufsplan
• 4. Aufgabenblatt
• 5. Lösungsvorschlag
• 6. Einführungsvideo
• 7. Material 1
• 8. Material 2
• 9. Material 3: Daten zur Modellierung der verschiedenen Zeiträume
• 10. Material 4: Vergleich der Zeiträume
• 11. Video: Folgen des Klimawandels

Dieses Kapitel betrachtet im Rahmen von Teach the Truth das zunehmend größer werdende Problem von Elektroschrott in unserer Welt. Seit der Erfindung des Computers oder des Smartphones steigt der Berg an Elektroschrott noch schneller, da viele Geräte nur auf eine kurze Lebensdauer ausgelegt sind und nur schwer recycelbar sind. Neue Recyclingverfahren sind aber in der Entwicklung. Das Thema Elektroschrott wird zunächst schülernah eingebunden, bevor es an die mathematischen Inhalte geht. Das Kapitel besteht aus zwei Modulen. Einmal für Klasse 7/8 und einmal für Klasse 9/10 im neunjährigen Bildungsgang an Gymnasien.

• 1. Kapitelbeschreibung, Aufbau und Stundenverlauspläne
• 2. Lernvoraussetzungen und Einordnung in den KLP
• 3. Lernziele
• 4. Einstiegspräsentation: ttt_Elektroschrott_Einstieg
• 5. Arbeitsblatt: SekI_AB1
• 6. Arbeitsblatt: SekI_78_AB2
• 7. Arbeitsblatt: SekI_910_AB2
• 8. Arbeitsblatt: SekI_910_AB3
• 9. Selbstkontrolle (7/8): Sek_I_78_AB2
• 10. Selbstkontrolle (9/10): SekI_910_AB2
• 11. Musterlösung: SekI_AB1_ML
• 12. Musterlösung: SekI_78_AB2_ML
• 13. Musterlösung: SekI_910_AB2_ML
• 14. Handout: SekI_910_Quellen_Handout

In diesem Kapitel geht es inhaltlich um die Berechnung und Interpretation des Oberfläche-zu-Volumen-Verhältnisses. Die Inhalte sollen auf den Kontext Verpackungen in der Umwelt übertragen werden. Insgesamt sollen die SuS durch die Behandlung der Materialien auf die Folgen von Verpackungsmüll sensibilisiert und damit ein umweltbewusster und nachhaltiger Umgang mit Verpackungen bewirkt werden.

• 1. Einordnung in den Kernlehrplan
• 2. Lernvoraussetzungen und Ziele
• 3. Kommentar und Unterrichtsschema
• 4. Aufgabenstellungen
• 5. Material 1
• 6. Material 2
• 7. Material 3
• 8. Material 4
• 9. Material 5
• 10. Lösungsbeispiel

In diesem Materialbaustein geht es um die Atmosphärische [math]CO_2[/math] Konzentration und ihre Entwicklung von 1958 bis 2018. Dabei werden die echten Daten des Umweltbundesamtes untersucht und eine propädeutische Funktionsanpassung an diese Daten vorgenommen. Thematisch soll der enorme Unterschied, den ein lineares im Vergleich zu einem exponentiellen Wachstum der [math]CO_2[/math] Konzentration darstellt, verdeutlicht werden. Auf mathematischer Ebene werden digitale Werkzeuge zur Untersuchung von Datensätzen verwendet und Wachstumsprozesse mittels linearen und quadratischen Funktionen, sowie der Exponentialfunktion beschrieben. Dabei wird insbesondere das Transformationsverhalten bei Änderung der Parameter thematisiert. Das Material soll eine Möglichkeit bieten gesellschaftlich relevante Prozesse anhand von digitalen Werkzeugen zu untersuchen und anschließend zu reflektieren. Es wird eine Realsituation ohne besondere Vereinfachung betrachtet und dann ein Modell optimiert, welches diese Situation beschreiben soll.

• 1. Lernvoraussetzungen und Ziele
• 2. Einordnung in den Kernlehrplan
• 3. Kommentar und Unterrichtsschema
• 4. Aufgabenstellungen
• 5. Material 1: Einleitungstext
• 6. Material 2: Tabelle der CO2 Konzentrationen
• 7. Material 3: CO2 Daten 1958 bis 2018
• 8. Material 4: CO2 Daten 1958 bis 1990
• 9. Material 5: Exakte Anpassungen
• 10. Lösungsvorschlag
• 11. Mögliches Programm zur Datenauswertung
• 12. Erweiterung Material 3: Mit Chi^2-Werten

In diesem Baustein soll, bei vollständiger Bearbeitung, auf das Thema (stochastische) Matrizen hingeführt und in sinnvollen Anwendungskontexten greifbar gemacht werden. Für den Anwendungskontext wurde das Thema Populationsdynamiken bei Fischottern gewählt. Es wird dabei im Zuge des Teach the Truth Ansatzes, den die Materialsammlung verfolgt, das Thema Nachhaltigkeit verarbeitet.

• 1. Didaktischer Kommentar
• 2. Passive Motivation mit Videosequenzen
• 3. Passive Motivation mit Text
• 4. Aktive Motivation: Bedeutung von Ökosystemen
• 5. Populationsdynamik_Arbeitsblatt
• 6. Musterlösung zum Arbeitsblatt
• 7. Inhaltliche Lernvorraussetzungen und Lernziele
• 8. Einordnung in den Kernlehrplan
• 9. Stundenablaufschema zu einer Beispielstunde