Vorlesung Grundlagen der Naturwissenschaften im Sachunterricht 1 - PDF

Vorlesung 68-130.1 Grundlagen der Naturwissenschaften im Sachunterricht 1 Lehramt Grundschule 3. Semester WS2024/25 Mo 14:15-15:45 Uhr, Hörsaal B, Fachbereich Chemie VL 01: Einführung + Raum und Zeit...

Vorlesung 68-130.1 Grundlagen der Naturwissenschaften im Sachunterricht 1 Lehramt Grundschule 3. Semester WS2024/25 Mo 14:15-15:45 Uhr, Hörsaal B, Fachbereich Chemie VL 01: Einführung + Raum und Zeit 14.10.2024 Prof. Dr. Ralf Riedinger, Dr. Linn Müggenburg, Dr. Axel Orban, Dr. Felix Brieler, PD Dr. Dirk Warnecke Vorlesung "Grundlagen der Naturwissenschaften im Sachunterricht 1" 1 Es ist nicht gestattet, diese Vorlesung oder Teile dieser Vorlesung ohne ausdrückliche Genehmigung der Dozentinnen und Dozenten für die Wiedergabe im Druck, Vorträge oder eine andere Art der Veröffentlichung, auch nicht im Internet, zu verwenden. Für Teile der Abbildungen liegen die Rechte bei Buchverlagen, wissenschaftlichen Zeitschriften, anderen Autoren oder bei den Dozentinnen und Dozenten dieser Veranstaltung. Hamburg, Oktober 2024 Vorlesung "Grundlagen der Naturwissenschaften im Sachunterricht 1" 2  Ihre Lehrenden ▪ Prof. Dr. Ralf Riedinger (Physik) Mail: [email protected] Telefon: 8998 - 5282 ▪ Dr. Linn Müggenburg (Biologie, Chemie) Mail: [email protected] Telefon: 42816 - 517 ▪ Dr. Axel Orban (Chemie) Mail: [email protected] Telefon: 42838 - 1574 ▪ Dr. Felix Brieler (Chemie) Mail: [email protected] Telefon: 42838 - 4308 ▪ PD Dr. Dirk Warnecke (Biologie) Mail: [email protected] Telefon: 42816 - 297 Vorlesung "Grundlagen der Naturwissenschaften im Sachunterricht 1" 3  SU-BEd-03: Grundlagen der Naturwissenschaften im Sachunterricht ▪ Vorlesung 3. und 4. Semester (Präsentation in STiNE) Montag 14:15-15:45 Uhr Chemie MLKP 6 Hörsaal B Vorlesungszeit: WiSe2024/25 und SoSe2025 ▪ Praktikum 3. und 4. Semester, 12 Kurstage (6 Termine pro Semester) Weitere Infos und Sicherheitseinweisung (mit Anwesenheitspflicht) Do, 17.10.24, 10:00 Uhr, gr. Hörsaal MLKP 3 (alle Donnerstagsgruppen!) Fr, 18.10.24, 12:15 Uhr, Hörsaal C Chemie (alle Freitagsgruppen!) ▪ Modulabschlussprüfung: Klausur 90 min 2 Termine im SoSe, 1 Termin im WiSe Vorbereitung durch Teilnahme an Vorlesung und Praktikum Übungseinheiten in Moodle und Probeklausur Vorlesung "Grundlagen der Naturwissenschaften im Sachunterricht 1" 4  Ihre Leistungen -Besuch der Vorlesung (ohne Anwesenheitspflicht) -Mitarbeit im Praktikum vorher Skript lesen mit Anwesenheitspflicht, 11 von 12 Kurstagen, Anwesenheitsliste Anfertigung von zwei Protokollen (je eins im WiSe und SoSe) Protokolle hochladen in OpenOlat, Feedback Verbesserung oder OK Deadlines: am Besten alles vor Beginn des nächsten Semesters abschließen Das Kleingedruckte 1) Spätestens wenn Sie das Bachelorzeugnis haben wollen, sollten Sie das Protokoll abgeben. 2) Wir könnten eventuell genauso lange zum Lesen brauchen, wie Sie zum Schreiben. Modulabschlussprüfung: Klausur 2 Termine SoSe2024, 1 Termin WiSe24/25 Klausur-Lerngrundlagen: -Vorlesung -Lehrbücher (siehe VL) -Praktikum -2 Protokolle des Praktikums -Probeaufgaben, Probeklausur Studienleistung Praktikum 5 Arbeitszeiten im Modul NaWi SU 12 LP = 360 Arbeitsstunden = 44 Arbeitstage = 2 Monate Vollzeitarbeit 23 x 3 h Vorlesung (inklusive Fahrzeit) = 69 h 12 x 6 h Praktikum (inklusive Fahrzeit) = 72 h 2 x 4,5 h Protokoll schreiben = 9h 150 h Sonstige Arbeitszeit: 210 Arbeitsstunden = 26 Arbeitstage = ca. 5 Wochen Vollzeitarbeit Vorlesung "Grundlagen der Naturwissenschaften im Sachunterricht 1" 6  Vorlesungsinhalte das, was Sie über NaWi das, was im Bildungsplan steht wissen müssen Vorlesung "Grundlagen der Naturwissenschaften im Sachunterricht 1" 7 Vorlesung "Grundlagen der Naturwissenschaften im Sachunterricht 1" 8 Vorlesung "Grundlagen der Naturwissenschaften im Sachunterricht 1" 9 Vorlesung "Grundlagen der Naturwissenschaften im Sachunterricht 1" 10  Inhaltsverzeichnis NaWi SU WiSe 2024/25 Vorlesung, Hörsaal B, Chemie Praktikum 14.10. Einleitung+Raum+Zeit (alle, RR) 21.10. Urknall(RR) + Materie (FB) ab 24.10. Raum und Zeit (Physik) ab 24.10. Materie (Chemie) 28.10. Materie (Forts.) (FB) 04.11. Sonne, Mond, Erde (RR) 11.11. Licht (RR) 18.11. Entstehung des Lebens (LM) 25.11. Evolution und Baupläne von Tieren (LM) ab 28.11. Licht und Schall (Physik) ab 28.11. Tiere (Biologie) 02.12. Evolution und Baupläne von Pflanzen (LM) 09.12. Wasserhaushalt und Wachstum von Pflanzen (LM) 16.12. Energie und Wärme (RR) ab 09.01. Pflanzen (Biologie) ab 09.01 Wärme (Biologie, Chemie, Physik) 06.01. Chemische Reaktionen 1 (LM, AO) 13.01. Chemische Reaktionen 2 (LM, AO) 20.01. Chemische Reaktionen 3 (LM, AO) 27.01. Atmung und Photosynthese (LM) 29.01. Mechanik (Ralf) 11  Inhaltsverzeichnis NaWi SU SoSe 2025 Vorlesung, Hörsaal B, Chemie, 13 x Praktikum 07.04. Thermodynamik+Kreisläufe (RR) 14.04. Mechanik (RR) ab 17.04. Mechanik (Physik) ab 17.04. Energiestoffwechsel (Biologie, Chemie) 28.04. Wachstum+Vermehrung 1 (LM) 05.05. Wachstum+Vermehrung 2 (LM) 12.05. Nährstoffe+Ernährung (AO) 19.05. Ernährung+Verdauung (AO) ab 22.05. Wachstum, Fortpflanzung (Biologie) ab 22.05. Nährstoffe, Verdauung (Chemie) 02.06. Elektromagnetismus 1 (RR) 09.06. Elektromagnetismus 2 (RR) 16.06. Technik (RR) 23.06. Sinne (LM) ab 26.06. Wahrnehmung, Sinne (Biologie) ab 26.06. Elektromagnet., Technik (Physik) 30.06. Atmung+Transport (LM) 07.07. Fragestunde/NN 14.07. Fragestunde/NN 12  particify https://particify.uni-hamburg.de/p/64763423 Vorlesung "Grundlagen der Naturwissenschaften im Sachunterricht 1" 13  VL 01: Warum Naturwissenschaft? Alltagserfahrung: Intuition Erfahrung Vorhersage Test Vorlesung "Grundlagen der Naturwissenschaften im Sachunterricht 1" 14  VL 01: Warum Naturwissenschaft? Naturwissenschaftliche Modelle/Theorien Logik/Symbolik (wissenschaftliches) Informiert Erzeugt Modell/Theorie/Simulation (bessere?) (?) Erfahrung Vorhersage Test Quantitative Messungen Vorlesung "Grundlagen der Naturwissenschaften im Sachunterricht 1" 15  VL 01: Warum Naturwissenschaft? Intuition Erfahrung Vorhersage Logik/Symbolik (wissenschaftliches) Informiert Erzeugt Modell/Theorie/Simulation (bessere?) (?) Intuition Erfahrung Vorhersage Test Quantitative Messungen Vorlesung "Grundlagen der Naturwissenschaften im Sachunterricht 1" 16 ▪ Was sind Naturwissenschaften? Erklärungen und Zusammenhänge, die sich unserer Alltagserfahrung entziehen Modelle, die zuverlässige Vorhersagen machen können Entwicklung und Tests dieser Modelle ▪ Was tun wir hier? Allgemeinwissen Unterrichtswissen Intuition über wichtige Modelle erlangen Vorlesung "Grundlagen der Naturwissenschaften im Sachunterricht 1" 17  Warum Allgemeinwissen? ▪ Fragen von Kindern im Grundschulalter (und davor): Woher kommt eigentlich alles? Wo hört die Erde auf? Wie kommt man eigentlich ins Weltall? Wann stirbt die Erde? Was ist 3D? Vorlesung "Grundlagen der Naturwissenschaften im Sachunterricht 1" 18  Today’s special menu ▪ Der Urknall und die Entstehung des Universums Vorlesung "Grundlagen der Naturwissenschaften im Sachunterricht 1" 19  Today’s special menu Warnung! Physik ▪ beinhaltet Mathematik ▪ beinhaltet Unendlichkeit ▪ kann zu komplexen philosophischen Fragen verleiten Vorlesung "Grundlagen der Naturwissenschaften im Sachunterricht 1" 20  Warum Allgemeinwissen? ▪ Fragen von Kindern im Grundschulalter (und davor): Woher kommt eigentlich alles? Wo hört die Erde auf? Wie kommt man eigentlich ins Weltall? Wann stirbt die Erde? Was ist 3D? Vorlesung "Grundlagen der Naturwissenschaften im Sachunterricht 1" 21  Crashkurs Licht ▪ Licht breitet sich aus wie eine Welle ▪ Elektrisches und Magnetisches Feld schwingen ▪ Breitet sich mit Lichtgeschwindigkeit aus ▪ Rot: lange Wellenlängen (650nm), niedrige Frequenz ▪ Blau: Kurze Wellenlängen (400nm), hohe Frequenz By Lucas Vieira - Own work, Public Domain, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=3270145 Vorlesung "Grundlagen der Naturwissenschaften im Sachunterricht 1" 22  Lichtgeschwindigkeit ist in allen Inertialsystemen gleich! 299 792 458 m/s Animation eines Lichtstrahls, der von der Erde zum Mond fliegt. Erde, Mond und Abstand sind im richtigen Verhältnis. By en:User:Cantus, CC BY-SA 3.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=2487466 Vorlesung "Grundlagen der Naturwissenschaften im Sachunterricht 1" 23  Die Urknall Theorie Vorlesung "Grundlagen der Naturwissenschaften im Sachunterricht 1" NASA/WMAP Science Team 24  Kosmische Inflation (∼ 10−32 𝑠) Expansion: ▪ Raum dehnt sich aus ▪ Kann schneller als Lichtgeschwindigkeit passieren ▪ Während „Inflation“: Sehr schnell (wir wissen nicht genau warum) ▪ (Passiert auch jetzt noch, aber langsamer: 600nm pro Jahr pro 10km) Objekte werden durch innere Steht still im Raum Kräfte zusammen gehalten Messstab für den Raum Vorlesung "Grundlagen der Naturwissenschaften im Sachunterricht 1" 25  Protonen und Neutronen entstehen Protonen (ab ca. 2 min) Neutronen Etwas Überschuss an Materie (vs. Antimaterie) + Anti-Teilchen! 30 000 001 : 30 000 000 Von MissMJ / Polluks https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=11307906 Vorlesung "Grundlagen der Naturwissenschaften im Sachunterricht 1" 26  Atome entstehen (ca. 400 000 Jahre n.U.) Vorlesung "Grundlagen der Naturwissenschaften im Sachunterricht 1" NASA/WMAP Science Team 27  Atome entstehen (bis ca. 400 000 Jahre) Universum kühlt ab unter die Temperatur der Sonne (auf ca. 3000°C). Atome (Wasserstoff, etwas Helium und Lithium) fangen ihre Elektronen ein. → Licht kann weitere Distanzen zurücklegen, ohne sofort absorbiert zu werden. kosmische Mikrowellenhintergrundstrahlung: Nachglühen des Urknalls By European Space Agency - https://www.esa.int/ESA_Multimedia/Images/2013/03/Planck_CMB, CC BY-SA 4.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=108189337 Vorlesung "Grundlagen der Naturwissenschaften im Sachunterricht 1" 28 Sterne und Galaxien entstehen (ab ca. 400 Mio Jahre n.U.) Vorlesung "Grundlagen der Naturwissenschaften im Sachunterricht 1" NASA/WMAP Science Team 29  Sterne und Galaxien entstehen ▪ 500 – 2000 Mrd. Galaxien ESA/Hubble & NASA, A. Riess et al.; Acknowledgment: M. Zamani NASA/JPL/STScI Hubble Deep Field Team Vorlesung "Grundlagen der Naturwissenschaften im Sachunterricht 1" 30  Milchstraße ▪ Mittelgroße Spiralgalaxie ▪ Ca. 200 000 000 000 Sterne (100-400 Mrd.) ▪ Riesiges Schwarzes Loch im Zentrum (4 Mio. MSonne) ▪ 120 000 Lichtjahre Durchmesser ▪ Wir sind ca. 27 000 Lichtjahre vom Zentrum ▪ Teil des Virgo Superclusters ▪ 10% sichtbare Materie, 90% Dunkle Materie (Rotationsgeschwindigkeit und Graviationslinse) NASA/JPL-Caltech/R. Hurt/Tobias https://commons.wikimedia.org/w/in dex.php?curid=65500290 Vorlesung "Grundlagen der Naturwissenschaften im Sachunterricht 1" 31  Milchstraße Zentrum kann man nur von der Südhalbkugel sehen By ESO/Y. Beletsky - https://web.archive.org/web/20081121184421/http://www.eso.org/gallery/v/ESOPIA/Paranal/phot-33a-07.tif.html, CC BY 4.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=7398904 Vorlesung "Grundlagen der Naturwissenschaften im Sachunterricht 1" 32  Sonne und Erde entstehen (vor 4.6 Mrd Jahre) Vorlesung "Grundlagen der Naturwissenschaften im Sachunterricht 1" NASA/WMAP Science Team 33  Sonne und Planeten sind mind. 2. Generation ▪ Mittlere & schwere Elemente (außer Wasserstoff und Helium) von Supernova verteilt (=Explosion eines Sternes am Ende seiner Lebenszeit) ▪ „wir sind aus Sternenstaub gemacht“: Krebs-Nebel, Kohlenstoff, Sauerstoff entstand in einem Supernova von 1054 Stern ▪ Schwere Elemente (alles schwerer als Eisen) entstehen erst bei Supernova. Supernova von 1987 Vorlesung "Grundlagen der Naturwissenschaften im Sachunterricht 1" 34  Sonnensystem By WP - Planets2008.jpg, CC BY-SA 3.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=45708230 Vorlesung "Grundlagen der Naturwissenschaften im Sachunterricht 1" 35  Sonnensystem Beinahegut, CC BY-SA 4.0 , via Wikimedia Commons Vorlesung "Grundlagen der Naturwissenschaften im Sachunterricht 1" 36  Leben entsteht (vor 3.9-1.9 Mrd. Jahre) NASA/WMAP Science Team Vorlesung "Grundlagen der Naturwissenschaften im Sachunterricht 1" 37  Erste Tiere NASA/WMAP Science Team Vorlesung "Grundlagen der Naturwissenschaften im Sachunterricht 1" 38  Erste Menschen Homo habilis: 0,003 Mrd Jahre NASA/WMAP Homo Sapiens: 0,0003Science Mrd Team Jahre Vorlesung "Grundlagen der Naturwissenschaften im Sachunterricht 1" 39  NaWi to go ▪ Das Universum (= alles in unserer Realität) entstand vor 14 Mrd. Jahre und dehnt sich aus ▪ Unser Sonnensystem (entstanden vor 4.6 Mrd Jahren) befindet sich in der Galaxie namens „Milchstraße“ ▪ Alles außer Wasserstoff stammt von alten, explodierten Sternen Vorlesung "Grundlagen der Naturwissenschaften im Sachunterricht 1" 40  Bonusmaterial Vorlesung "Grundlagen der Naturwissenschaften im Sachunterricht 1" 41  Cheat Sheet Größenordnungen https://de.wikipedia.org/wiki/Vors%C3%A4tze_f%C3%BCr_Ma%C3%9Feinheiten Vorlesung "Grundlagen der Naturwissenschaften im Sachunterricht 1" 42  𝒗𝑾𝒆𝒍𝒍𝒆 𝒗𝑾𝒆𝒍𝒍𝒆 Unknown source Vorlesung "Grundlagen der Naturwissenschaften im Sachunterricht 1" 43 By !Original: DrbogdanVector: Yinweichen - Own work, CC BY-SA 3.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=31825049 Vorlesung "Grundlagen der Naturwissenschaften im Sachunterricht 1" 44  Artist's logarithmic scale conception of the local region of the universe with the Solar System at the center, inner and outer planets, Kuiper belt, Oort cloud, Alpha Centauri, Perseus Arm, Milky Way galaxy, Andromeda galaxy, nearby galaxies. Von Pablo Carlos Budassi - Eigenes Werk, CC BY-SA 4.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=46328185 Vorlesung "Grundlagen der Naturwissenschaften im Sachunterricht 1" 45  ~ 1 000 Mrd. Galaxien im beobachtbaren Universum. ~ 46,6 Mrd Lichtjahre Radius Ereignishorizont: ~ 18 Mrd Lichtjahre Radius. (Dinge die weiter weg sind können uns kausal nicht beeinflussen, da uns Licht von dort wegen der Expansion des Universums nicht mehr erreichen wird.) By Andrew Z. Colvin - Own work, CC BY-SA 3.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=14359931 Vorlesung "Grundlagen der Naturwissenschaften im Sachunterricht 1" 46