Natur Umwelt Technik

“Wir schließen Frieden mit der Natur“

Die Ziele des Moduls A sind permanenter Bestandteil des Unterrichts im Fach NUT. Nahezu alle Bausteine der Module B bis G bieten sich an, Teilziele bzw. Inhalte der Bausteine A1 bis A4 zu integrieren. Es geht darum, die Schüler für Umweltprobleme zu sensibilisieren, Bereitschaft und Fähigkeit zum umweltbewussten Verhalten und Handeln zu entwickeln sowie Wege zu suchen, wie Umweltprobleme gelöst werden können. Dabei ist das Vermitteln der Gewissheit, dass es Lösungen und Auswege aus der Umweltkrise gibt, entscheidender Bestandteil der Umwelterziehung.

Baustein A1: Wir erkennen Umweltprobleme

Inhalte:

• Vergleichende Untersuchungen von Produkten, Verpackungen und Verpackungsangaben
• Aufspüren von „Umweltsündern“ (Abwasser, Abgase, wilde Mülldeponien, Verbraucherverhalten und eigenes Verhalten)
• Untersuchung von Werkstoffen und technischen Systemen hinsichtlich ihrer Wirkung auf die Umwelt

Baustein A2: Umweltprobleme berühren mich

Inhalte:

• Berichte eigenen Erlebens
• Folgen von „Umweltsünden“
• Gespräche mit Betroffenen, Verursachern usw.

Baustein A3: Wir müssen uns ändern
– ich fange heute an

Inhalte:

• Erkennen der Notwendigkeit, das eigene Verhalten zu ändern
• Entwickeln der Bereitschaft, auch gegen Widerstände etwas zu ändern
• Umgang und Zusammenarbeit mit Behörden, Firmen, Institutionen, Anwohnern …

Baustein A4: Wir gestalten die Zukunft und schließen Frieden mit der Natur

Inhalte:

• Entwicklung möglicher Alternativen zur Verknüpfung ökonomischer, ökologischer und persönlicher Interessen
• Formulieren konkreter Vorstellungen und Vorschläge für Schule, Wohngebiet, Territorium …
• Verwirklichung der Vorschläge in Zusammenarbeit mit Anwohnern, Behörden, Firmen, Institutionen …

Die technische Zeichnung als Planungsmittel

Bevor Technik existiert, bevor ein Produkt zum Verkauf, zur Nutzung zur Verfügung steht, muss es entwickelt, konstruiert und gefertigt werden. Die technische Zeichnung enthält die dafür erforderlichen Informationen. Aber auch als Verkehrszeichen im Straßenverkehr, in Bahnhöfen oder Kaufhäusern, als bildhafte Symbole – immer stehen Zeichen für bestimmte Informationen. Die Schüler erhalten Einblicke in die Entwicklung und Bedeutung des technischen Zeichnens als einem Verständigungsmittel im täglichem Leben. Sie lernen wichtige Arten zeichnerischer Darstellungen kennen und bilden Fähigkeiten im Entwickeln, Anfertigen und Lesen von Skizzen bzw. Zeichnungen aus.

Baustein B1: Die technische Zeichnung im täglichen Leben

MODUL B: Die technische Zeichnung als Planungsmittel
Bevor Technik existiert, bevor ein Produkt zum Verkauf, zur Nutzung zur Verfügung steht, muss es entwickelt, konstruiert und gefertigt werden. Die technische Zeichnung enthält die dafür erforderlichen Informationen. Aber auch als Verkehrszeichen im Straßenverkehr, in Bahnhöfen oder Kaufhäusern, als bildhafte Symbole – immer stehen Zeichen für bestimmte Informationen.

Die Schüler erhalten Einblicke in die Entwicklung und Bedeutung des technischen Zeichnens als einem Verständigungsmittel im täglichem Leben. Sie lernen wichtige Arten zeichnerischer Darstellungen kennen und bilden Fähigkeiten im Entwickeln, Anfertigen und Lesen von Skizzen bzw. Zeichnungen aus.

Baustein B1: Die technische Zeichnung im täglichen Leben

Immer häufiger wird heute neben der gesprochenen und geschriebenen Sprache die „gezeichnete Sprache“ als Ausdrucks- und Informationsmittel in Form von Einzelteilzeichnungen, Entwurfsskizzen, Bauplänen für das eigene Heim oder auch nur als Montageanleitung, Bedienungshinweis, Landkarte usw. angewendet.

Inhalte:

• Die technische Zeichnung als Verständigungsmittel für Laien und Fachleute
• Begriffsklärung Skizze, Zeichnung, Norm, DIN, Produkt
• Die Inhalte der technischen Zeichnung ( Form, Größe, Material,…)
• Lesen verschiedener technischer Zeichnungen
• Geschichte des technischen Zeichnens ( Ägypter, Leonardo da Vinci,..)

Baustein B2: Normungen im Technischen Zeichnen

Normen sind bestimmte Festlegungen über Maße, Formen, Materialeigenschaften usw. Auch für die technische Zeichnung gelten einheitliche Regeln, die DIN -Zeichnungsnormen. Sie garantieren die allgemeine und internationale Verständlichkeit des Informationsträgers technische Zeichnung.

Inhalte:

• Entstehung und Vorteile der Normung
• Blattformate nach DIN 823 ( DIN A )
• Linienarten nach DIN 15
• Bemaßungsregeln nach DIN 406
• Maßstäbe
• Schriftfeld und Stückliste nach DIN 6771

Baustein B3: Darstellungen von Gegenständen

Um zunächst einfache und später auch komplizierte Körper erfolgreich skizzieren bzw. zeichnen zu können, bedarf es einer sachgerechten Verwendung von Zeichengeräten, der Kenntnis und Anwendung bestimmter Schrittfolgen und der Einhaltung von Normen.

Inhalte:

• Die Grundkonstruktionen ( Parallelverschiebung, Konstruktionen mit Zirkel, …)
• Formbeschreibungen wie z.B. Aussparungsformen (Nut, Kerbe, Durchbruch,…) und Zeichnen nach Formbeschreibungen
• Die Darstellung flacher Werkstücke in nur einer Ansicht
• Die Darstellung in Ansichten
• Räumliche Darstellungen
• Die Schnittdarstellung

Baustein B4: Bauzeichnen

Bevor die eigentliche Bauphase eines Gebäudes beginnt, sind eine Reihe von Plänen und Zeichnungen anzufertigen. Grundlage für jede Bautätigkeit ist unter anderem ein Grundriss. Nach ihm und den anderen Bauunterlagen ergibt sich eine logische Abfolge von Arbeiten, die nach dem Erteilen der Baugenehmigung bis zum Einzug erforderlich sind.

Inhalte:

• Lesen und anfertigen von Lageplänen
• Begriffsklärung ( Fundament, Giebel, Bewehrung, First,…)
• Darstellen von Grundrissen
• Die Bemaßung im Bauzeichnen
• Die Schritte vom Traum bis zum fertigen Haus (Baugenehmigung, Baugrube, Rohbau, …)

Die technische Zeichnung als Planungsmittel

Die Herstellung von Produkten erfolgt auf unterschiedlichste Art und Weise. Ständig werden bereits bewährte technische Verfahren verbessert und neue Technologien entwickelt.
Dennoch – alle Techniken der Herstellung von Produkten, ob im Haushalt zu einfachsten Tätigkeiten oder industriell im großen Maßstab angewendet, lassen sich auf die Grundverfahren Urformen, Umformen, Trennen, Fügen und Beschichten zurückführen. Die Schüler eignen sich ausgewählte Kenntnisse bezüglich der verschiedenen Verfahren an und setzen diese während der Herstellung bestimmter Produkte um. Sie sammeln Erfahrungen, entwickeln Fähigkeiten und Fertigkeiten im Umgang mit Materialien, Werkzeugen und Maschinen. Es bietet sich an, für mindestens eins der hergestellten Produkte eine Kalkulation zu erstellen, für das Produkt zu werben, und es schließlich zu verkaufen.

Baustein C1: Urformverfahren

Urformverfahren dienen der Herstellung von festen Körpern aus formlosen Stoffen, dem zu fertigendem Halb- bzw. Endprodukt wird eine erste bestimmte Form gegeben.

Inhalte:

• Urformen, Urformbarkeit Eigenschaften von Gusserzeugnissen
• Herstellen von Gießtonerzeugnissen
• Herstellen einer Sandform – Sandformguss
• Andere Urformverfahren (Backen, Eisherstellung…)
• Betongießen

Baustein C2: Umformverfahren

Beim Umformen wird einem Werkstück mit Hilfe von Kräften eine bleibende andere Form gegeben.

Inhalte:

• Umformen, Umformbarkeit (Plastizität – Elastizität)
• Umformen durch Walzen (im Walzwerk)
• Herstellung von Produkten aus Blech Biegen, Abkanten, Bördeln …
• Herstellung von Produkten aus Plastik Biegen, Tiefziehen, Prägen
• Weitere Umformverfahren

Baustein C3: Trennverfahren

Verschiedenste Trennverfahren ermöglichen es, gegebenes Rohmaterial problemlos auf eine gewünschte Größe zu bringen. Der zu trennende Werkstoff und die angestrebte Oberflächenqualität bestimmen das zu verwendende Werkzeug. Dabei ist der Erfolg der Tätigkeit entscheidend von der Handhabung des ausgewählten Werkzeuges abhängig.

Inhalte:

• Trennen, der Keil als Grundform der Trennwerkzeuge
• Spanende Trennverfahren (Sägen, Feilen, Bohren …)
• Spanlose Trennverfahren (Schneiden, Scheren …)
• Herstellung mehrteiliger Produkte aus Holz oder Metall – Anwendung der spanenden Trennverfahren

Baustein C4: Fügen – Verbinden

Produkte bestehen oft aus einer Vielzahl von Einzelteilen und Baugruppen. Um die Funktion des Produktes zu gewährleisten, müssen diese Einzelteile und Baugruppen zweckmäßig zusammengefügt werden. Dabei bestimmt die Aufgabe der zu schaffenden Verbindung ihre Ausführung.

Inhalte:

• Fügen, Verbindungen in verschiedenen Bereichen
• Lösbare und unlösbare, bewegliche und starre Verbindungen
• Herstellung und Analyse ausgewählter Verbindungen
• Mauern

Baustein C5: Beschichten

Die durch die Fertigungsverfahren hergestellten Produkte sind nach ihrer Fertigstellung den verschiedensten Umwelteinflüssen ausgesetzt. Um die Produkte vor schädlichen äußeren Einflüssen zu bewahren, aber auch um diese Produkte ansprechend zu gestalten, werden sie mit Schutzschichten versehen.

Inhalte:

• Korrosion, Verrottung, Schädlingsbefall
• Verfahren des Holzschutzes (Wachsen, Lasieren …)
• Verfahren des Korrosionsschutzes (Bsp. Metall)
• Verfahren zur Oberflächenveredelung
• Verfahren des Holzschutzes (Wachsen, Lasieren …)

Baustein C5: Beschichten

Die durch die Fertigungsverfahren hergestellten Produkte sind nach ihrer Fertigstellung den verschiedensten Umwelteinflüssen ausgesetzt. Um die Produkte vor schädlichen äußeren Einflüssen zu bewahren, aber auch um diese Produkte ansprechend zu gestalten, werden sie mit Schutzschichten versehen.

Inhalte:

• Korrosion, Verrottung, Schädlingsbefall
• Verfahren des Holzschutzes (Wachsen, Lasieren …)
• Verfahren des Korrosionsschutzes (Bsp. Metall)
• Verfahren zur Oberflächenveredelung

Baustein C6: Produktvermarktung

Das gefertigte Produkt verkörpert einen bestimmten Wert. Mittels einer geeigneten Strategie soll das Produkt möglichst gewinnbringend verkauft werden.

Inhalte:

• Kalkulation des Produktes bis zum Verkaufspreis
• Werbung – Organisation und Durchführung
• Verkauf – Vorbereitung und Ausführung

“Wir unterscheiden Werkstoffe“

Grundsätzlich ist es möglich, ein Produkt aus verschiedenen Werkstoffen zu fertigen. Mal kann man auf altbekannte und bewährte Materialien zurückgreifen, in anderen Fällen wird es sogar notwendig, völlig neuartige Werkstoffe zu entwickeln. Kurz, die Eigenschaften der Werkstoffe bestimmen ihren Einsatz, ihre Verwendung.
Die Schüler analysieren und entdecken die Eigenschaften ausgewählter Werkstoffe, ermitteln ihre Vor- und Nachteile, insbesondere ihre eventuell nachteilige Wirkung auf die Umwelt. In diesem Zusammenhang spielt das Kennenlernen von Herstellungsverfahren aus Rohstoffen, die immer nur in begrenzten Mengen vorkommen, und das Wissen über die Möglichkeiten des Stoffrecyclings eine große Rolle. Es liegt in der Natur der Sache, dass diese Kenntnisse und die Fähigkeiten des Experimentierens vorwiegend durch die selbständige, praktische Tätigkeit erworben und trainiert werden.
Die Bausteine dieses Moduls enthalten Vorschläge, wie die oben genannten Sachverhalte experimentell untersucht werden können. Günstig erscheint eine Kombination der Elemente dieses Moduls mit denen des Moduls C „Wir stellen Produkte her“.

Baustein D1: Experimente Werkstoff Holz

Inhalte:

• Struktur des Holzes:
• Längs- und Querschnitt
• Holzfasern in Papiersorten
• Nachweis von Holzstoff in Zellwänden
• Quellen und Schwinden von Holz
• Untersuchung von Span- und Faserplatten (Methanalgehalt, Einwirkung von Faktoren wie Wasser und Sonnenlicht,…)

Baustein D2: Experimente Kunstwerkstoffe

Inhalte:

• Herstellen von Duroplasten und -schäumen
• Untersuchung von Thermoplasten:
• Chlorwasserstoffnachweis bei PVC – Verbrennung
• Weichmacherentzug und -nachweis bei PVC
• Identifizierung von Plasten :
• Brennproben verschiedener Plasten
• Bestimmung der Erweichungstemperatur von Thermoplasten
• Untersuchung von Kunstfaserstoffen:
• Identifizierung durch Erwärmung oder Brennprobe
• Herstellung von Celluloseacetatfasern u.a.
• Untersuchung von Rohstoffen der Kunststoffherstellung
• Destillation von Erdöl
• Kohleentgasung

Baustein D3: Experimente Werkstoff Metall

Inhalte:

• Ermitteln typischer und spezifischer Metalleigenschaften
• Herstellung von Metallen
• Herstellung leicht schmelzender Legierungen
• Nachweise für Metallionen (einschließlich Boraxperle, Flammenfärbungen und Komplexbildung
• Reaktionen: – Metall mit Nichtmetall
• Metall mit Säuren (z.T. nur Lehrerdemonstration)
• Metall mit Wasser (z.T. nur Lehrerdemonstration)
• Metall mit Baselösungen
• Metall mit Salzlösungen

Baustein D4: Experimente Werkstoffe Ton und Glas

Inhalte:

• Bearbeitung von Glas, Herstellung einfacher Laborgeräte
• Untersuchungen von Ton

“Mensch und Technik“

Der Mensch ist Erfinder, Hersteller und Nutzer, letztlich aber auch Betroffener der Technik. Täglich kommt der Mensch mit einer Vielzahl von technischen Systemen, sei es im Bereich der Heimtechnik, der Haushaltstechnik, im Bereich der Beleuchtungstechnik, der Verkehrs- oder Nachrichtentechnik direkt oder auch nur indirekt in Berührung. Der Schüler erhält einen ersten Überblick über die Komplexität der Technik selbst und die Zusammenhänge zwischen Mensch und Technik. Er analysiert technische Systeme, erkennt und versteht die Funktion und das Zusammenwirken der Bestandteile technischer Systeme sowie die Wirkungen des Systems auf die Umwelt. Er beschäftigt sich mit der geschichtlichen Entwicklung der Technik und setzt sich schließlich mit philosophischen Fragen der Mensch – Technik – Umwelt – Zusammenhänge auseinander. Seine Erkenntnisse dienen als Grundlage für die Auswahl, Anschaffung und Nutzung von Technik.

Baustein E1: Technik im täglichen Leben

Vom Aufstehen bis zum Schlafengehen, selbst während des Schlafes verlässt sich der Mensch voller Selbstverständlichkeit auf das Funktionieren von Technik. Sie erleichtert seine Arbeit, soll sein Leben angenehmer gestalten, beeinflusst aber auch mehr oder weniger bewusst den Tagesablauf und den Lebensraum, also die Umwelt des Menschen.

Inhalte:

• Technikbegriff (Technik, Technologie)
• Die Bedeutung der Technik im täglichen Leben
• Vor- und Nachteile der Technik
• Mensch – Technik – Umwelt Zusammenhänge

Baustein E2: Analyse technischer Systeme

Technische Systeme bestehen aus einer Vielzahl von Einzelteilen und Baugruppen. Bestimmte Baugruppen finden sich ob ihrer Funktion in abgewandelter Struktur an vielen Maschinen wieder, man spricht von der Organstruktur der Maschinen.

Inhalte:

• Demontage und Montage technischer Systeme
• Ermitteln von Baugruppen und Einzelteilen und ihrer Funktion
• Die Organstruktur von Maschinen
• Aufbau und Funktion ausgewählter Antriebs- und Übertragungsorgane (Modellbau)

Baustein E3: Die Automatisierung der Technik

Grundlage für eine ständige Effektivierung der Ausnutzung von Maschinen und Arbeitszeit ist die Weiterentwicklung von Wissenschaft und Technik – kurz, die Rationalisierung und Automatisierung.

Inhalte:

• Bedeutung der Automatisierung in Haushalt und Wirtschaft
• Eingabe, Verarbeitung und Ausgabe von Informationen als Grundlage der Automatisierungstechnik
• Analyse, Planung und Bau einfacher automatischer Steuerungen (Ampelsteuerung, Alarmanlage …)
• Der Computer als Basis der modernen Automatisierung

Baustein E4: Geschichte der Technik

Mit der Erfindung von Werkzeugen und Maschinen waren umwälzende Veränderungen im Bereich der materiellen Produktion verbunden, die ihrerseits einen entscheidenden Einfluss auf die Entwicklung der Menschheit hatten. Namen, wie Richard Arkwright, James Watt oder George Stephenson, haben Geschichte geschrieben.

Inhalte:

• Berühmte Erfinder (Wer waren sie und was entwickelten sie ?): Watt, Edison, Diesel …
• Wichtige Erfindungen und ihre Auswirkungen
• Die Entwicklung ausgewählter Technikbereiche z.B. Nachrichtentechnik

“Die Physik im Dienste des Menschen“

An ausgewählten Beispielen des täglichen Lebens sollen die Schüler ihre naturwissenschaftlichen Kenntnisse anwenden und vertiefen. Sie erhalten Einblicke in die vielfältigen Verflechtungen der Physik mit den anderen Naturwissenschaften.

Baustein F1: Wasser, Luft und Klima

Das Klima bestimmt das Leben der Menschen sowie die vorherrschende Vegetation in allen Regionen unserer Erde. Die Schüler verwenden ihre Kenntnisse aus dem Physik- und Geographieunterricht, um das Auftreten verschiedener Wetterzustände zu verstehen und zu erklären. Sie sind in der Lage, Wetterkarten zu lesen, das Entstehen von Winden und Druckgebieten zu beschreiben und können Klimadiagramme auswerten.

Inhalte:

• Druck in Flüssigkeiten und Gasen
• Luftdruck und Wetter, Winde
• Druckgebiete
• Klimazonen und Klimatypen
• Wasserhülle

Baustein F2: Perspektiven des Energieverbrauchs

Fragen der rationellen Nutzung von Energie und der Erschließung neuer Energiequellen beschäftigen den Menschen seit Jahren. Die Arbeit der Schüler soll einen hohen Grad an Selbständigkeit erreichen. Sie sollen in ihrem häuslichen und schulischen Umfeld Probleme aufspüren, der Energieproblematik nachgehen, Erkenntnisse gewinnen, verinnerlichen und Richtlinien für das eigene Handeln ableiten. Die Schüler beziehen Stellung zur gegenwärtigen Energiepolitik.

Inhalte:

• Energieformen, Alternative Energieformen; Berechnungen
• Energieumwandlungen
• Energie aus Bodenschätzen
• Kraftwerke
• Reichweite der Energievorräte

Baustein F3: Physik und Medizin

Die Schüler lernen den Aufbau und die Wirkungsweise medizinischer Geräte kennen. Diese Kenntnisse wenden die Schüler beim Erstellen von Modellen an. Sie erweitern ihr Wissen über ein Teilgebiet der Physik – die Akustik.

Inhalte:

• Hörgeräte
• Ultraschall
• Sehhilfen
• Mikroskop
• Laser

Baustein F4: Mess- und Experimentierpraktikum

Die Gesetzmäßigkeiten der Natur und ihre technische Nutzung erwecken im Schüler Neugier und Erfindergeist. Der Schüler lernt das selbständig Planen und Durchführen von Experimenten und somit das selbständige Aneignen von Kenntnissen.

Inhalte:

• Nachweis des Schweredrucks
• Dichtebestimmung von Körpern bzw. Stoffen
• Nachweis des Luftdrucks Modellbau eines Dosenbarometers
• Wärmeströmung
• Modellexperiment zur Dampfturbine
• Volumenänderung fester Körper
• Bestimmung der Brennweite
• Schallausbreitung in der Luft
• Strom- und Spannungsmessung
• Kennlinienaufnahme
• Aufbau von Schaltungen nach Schaltplan

Lötpraktikum

Der Schüler kennt zahlreiche Bauelemente, deren Aufbau und Funktion. Er lernt kleinere Schaltungen aufzubauen und diese auf Leiterplatten zu löten. So entstehen elektrische Schaltungen, wie Lichtschranken, Blinkerschaltungen, Miniorgel u.a.m.

Inhalte:

• Löten von Kupferdraht
• Löten von Schaltungen nach Plan auf Leiterplatte

“Der Aufstieg Europas“

Die Entwicklung der Technik ist auch Ausdruck für die Entwicklung des Menschen, die wiederum wurde und wird maßgeblich durch die Umgebung des Menschen, durch die äußeren Bedingungen bestimmt.
Das Ziel dieses Moduls besteht in der Verdeutlichung des engen Wechselverhältnisses zwischen den natürlich entstandenen Voraussetzungen (Rohstoffe, Landschaften …) und der kulturellen (technologischen, wirtschaftlichen und politischen) Entwicklung Europas, bis hin zu den Perspektiven unseres Kontinents. Dabei sollten die vorgeschlagenen Einzelbausteine als Projekte angelegt werden und das Anfertigen von, der Ära entsprechenden, Produkten, Dokumentationen, Belegarbeiten u.ä. im Vordergrund stehen.

Hinweis:
Wir empfehlen, dieses Modul, in Abweichung von der eigentlichen Strategie unseres Konzeptes, als geschlossenen Lehrgang für das 10. Schuljahr anzubieten, wobei es jedoch nicht um eine Vertiefung oder Ausdehnung des Geschichts- und Geographieunterrichts geht.

Baustein G1: Die Etappen der geologische Entwicklung

(Vom Urkontinent bis zur letzten Eiszeit)

Inhalte:

• Die Entstehung der Rohstofflager und typischer Landschaftsformationen Europas

Baustein G2: Der Mensch zieht in Europa ein

Inhalte:

• Einwanderung der ersten Europäer, Steinzeitkulturen
• Entwicklung der Handwerks, Eisen- und Bronzezeit
• Machtzentrum Europa, Kulturen im Mittelmeerraum
• Entstehung der Industrie

Baustein G3: Thüringen – eine Region in Europa

Inhalte:

• Wirtschaftsraum Thüringen
• Eine Industrieansiedlung / Gewerbegebiet (Analyse)
• Ökologische Auswirkungen des Wirtschaftens in der Region (Rohstoffe, Produkte, Abfälle und Belastungen, …)

Baustein G4: Zukunft Europa

Inhalte:

• Ökonomie und Ökologie in europäischen Dimensionen
• Zukunft der Menschen in Europa (Arbeit, Freizeit, …)