Bannerbild (Quelle: SWR – Screenshot aus der Sendung) (Foto: SWR – Screenshot aus der Sendung)

total phänomenal · Energie

Kernkraft (Fassung 2016) | Praxisbericht

STAND
Autor/in
Lucia Hefti


Themen
• Atomenergie
• Reaktor
• Strahlung
• Radioaktivität

Fächer
• Physik

Klassenstufen
• ab Klasse 8, alle Schularten

Kühltürme eines Kernkraftwerks am Wasser. (Foto: Colourbox, supplier 25340488)
Die Problematiken der Kernkraft werden thematisiert Colourbox, supplier 25340488

Vorbemerkung

Schüler nutzen zu Hause meist unbedarft die Steckdosen, um ihre elektrischen Geräte wie Handys und Tablets zu laden. Das eigene Konsumverhalten wird wenig hinterfragt und ist stark abhängig vom häuslichen Umgang damit. Umso notwendiger scheint daher der kritische Blick auf das Thema Stromverbrauch in Deutschland: Denn auch wenn der Ausstieg aus der Atomenergie beschlossene Sache ist, wird Kernenergie noch heute in unsere Netze eingespeist. Der Film „total phänomenal: Kernkraft“ verdeutlicht Funktionsweise und Problematik von Kernkraftwerken und erklärt die Hintergründe des deutschen Ausstiegs aus der Kernenergie. Um diese Themen ging es beim folgenden Projekt in einer 9. Klasse im Fach Physik an der Gregor-Mendel-Realschule in Heidelberg.

Kuppel eines Kraftwerks, davor Kräne. (Foto: SWR – Screenshot aus der Sendung)
Auch nach Fukushima werden weltweit neue Atomkraftwerke gebaut SWR – Screenshot aus der Sendung

Verlauf

Zu Stundenbeginn dienten Bilder der atomaren Katastrophen von Fukushima und Tschernobyl als Gesprächseinstieg. Besonders die Atomkatastrophe von Fukushima war allen Schülern bekannt, weshalb sich schnell ein Gespräch darüber ergab. Die Impulse der Schüler wurden in einer Mindmap gesammelt und boten die Überleitung zum folgenden Film. Begleitend dazu notierten sich die Schüler auf Arbeitsblatt 1 Stichpunkte zu den im Film gezeigten Themen. (Die Arbeitsblätter befinden sich bei planet-schule.de im Wissenspool zur Sendung.)

Kurze Filmpausen nach jedem Themenbereich verschafften den Schülern etwas mehr Zeit für Notizen, sodass die Bereiche durch viele Stichpunkte näher beschrieben wurden. (Bild 1)

Beschriftete Mindmap. (Foto: SWR/Lucia Hefti)
Bildunterschrift Bild 1: In der Mindmap wird Vorwissen festgehalten SWR/Lucia Hefti

Nach dem Film wurden die Schüler informiert, dass die Themenbereiche des Films als Projektthemen dienen, worauf die Schüler sogleich begannen, ihre Gruppen zu finden und Wunschthemen auszuwählen. Die Gruppenstärke betrug hierbei fünf bis sechs Schüler. Da mehrere Gruppen ein bestimmtes Thema erarbeiten wollten, entschied am Ende das Los. Besonderer Beliebtheit erfreute sich das Thema „Fukushima“ – wohl wegen vorhandenen Vorwissens. Weniger beliebt war das Thema „Gewinnung von Kernenergie“. Die Ansage, dass das Projekt mit einer Präsentation und Ausarbeitung enden und dieses als Klassenarbeit zählen würde, motivierte die Schüler ganz besonders. (Bild 2)

Ausgefüllte Gruppenkarte. (Foto: SWR/Lucia Hefti)
Bild 2: Die Themen werden gruppenweise bearbeitet SWR/Lucia Hefti

Nach Vergabe der Themen und Tipps wurden kurz das Vorgehen, der Ablauf und der Zeitraum, der auf fünf Wochen mit insgesamt zehn Physikstunden festgelegt war, besprochen: Innerhalb der Gruppe wählten die Schüler nun einen Gruppensprecher, der der Lehrperson jederzeit einen Ein- und Überblick zum jeweiligen Arbeitsstand geben konnte. Des Weiteren wurde die Wichtigkeit eines Arbeitsplanes thematisiert: Dieser sollte die Zeiteinteilung unterstützen und diente dazu, die Zwischenziele festzuhalten. (Bild 3) In der folgenden Arbeitsphase nutzten alle Gruppen die Internetrecherche. Bereitgestellte Schulbücher wurden vorerst nicht verwendet.

Ausgefüllter Arbeitsplan. (Foto: SWR/Lucia Hefti)
Bild 3: Im Arbeitsplan werden die Zwischenziele festgehalten SWR/Lucia Hefti

Problemlösungen

Probleme zeigten sich nach der ersten Stunde, weil die Gruppen ihre gewünschten Informationen im Internet nicht finden konnten. Daraufhin wurde eine Sitzung der Gruppensprecher einberufen, in der die Schüler ihre Probleme schilderten. Sie merkten an, dass die Fülle der Informationen aus dem Internet kaum zu bewältigen sei und viele Sachinformationen im Netz wenig verständlich dargestellt seien. Die Sitzung machte deutlich, dass alle Gruppen mit diesem Problem zu kämpfen hatten, weshalb die Buchrecherche als mögliche Unterstützung in den Vordergrund gerückt wurde. Meines Erachtens änderte sich das Rechercheverhalten dadurch nach kurzer Zeit und es wurden weitere Recherchequellen wie Schulbücher, Sachbücher und Videoclips herangezogen.

Nach weiteren vier Physikstunden zeigte sich bei manchen Gruppen Unzufriedenheit: Ursache waren der raue Umgang oder Nichtstun einzelner Schüler. Daraufhin wurde erneut ein Treffen der Gruppensprecher einberufen, die die Stimmung ihrer Gruppen thematisierten. Schnell stellte sich heraus, dass nicht klar war, wie die Arbeit unter den Gruppenmitgliedern gerecht aufgeteilt werden sollte. Auch in dieser Situation bewährten sich die Tipps und Erfahrungen aus den anderen Gruppen. Am Ende konnten sie sich gegenseitig viele Hinweise zum erfolgreichen Arbeiten geben, welche gewinnbringend in die Arbeitsgruppen getragen wurden.

Präsentation/Reflexion

Gegen Projektende stellten alle Gruppen ihre Präsentationen vor. Einzelne, kranke Schüler wurden dabei einfach ausgelassen, denn jeder Schüler erhielt eine Einzelnote, die anhand eines Kriterienkatalogs ermittelt wurde. Im Allgemeinen fielen die Präsentationen sehr gut bis befriedigend aus, worüber die Schüler sehr erfreut waren – der Einsatz hatte sich gelohnt! Die folgende Physikstunde wurde zur Reflexion genutzt. Hier konnten die Schüler Rückmeldung zur Arbeit innerhalb der Gruppe und zum Projekt im Allgemeinen geben. Es wurde deutlich, dass die Schüler größtenteils sehr zufrieden mit der Gruppenarbeit waren und viel neues Wissen erlangten. Ihnen wurde auch bewusst, dass die Zeit, die anfangs in die Planung investiert wurde, den Ablauf enorm erleichterte und zu einem effizienteren Arbeiten führte.

Bewertungstabelle. (Foto: SWR/Lucia Hefti)
Anhand eines Kriterienkatalogs wird die Präsentation bewertet SWR/Lucia Hefti

Kompetenzen

Abschließend kann auf ein erfolgreiches Projekt zurückgeblickt werden, welches verschiedene Kompetenzen anbahnt:

Fachkompetenz:

- Die Schülerinnen und Schüler bearbeiten das Thema „Kernenergie“ umfassend und setzen es in Bezug zu ihrer Lebenswelt.
- Die Schüler kennen die Risiken zur Kernenergie.
- Die Schüler nutzen Modellvorstellungen, um physikalische Prozesse zu verstehen (zum Beispiel Kernspaltung)

Soziale Kompetenz:

- Die Schüler arbeiten innerhalb eines Teams zielgerichtet miteinander. Sie kennen verschiedene Sozialformen und können innerhalb dieser handlungsorientiert arbeiten.
- Die Schüler können bei Problemen innerhalb des Teams souverän reagieren und Probleme gewinnbringend lösen.

Personalkompetenz:

- Die Schüler präsentieren ihr Thema der Klasse.
- Die Schüler können den an sie gestellten Einzelaufgaben innerhalb des Teams selbstständig nachkommen.

Methodenkompetenz:

- Die Schülerinnen und Schüler nutzen verschiedene Medien wie PC, Bücher und Lexika zum Wissenserwerb.
- Die Schülerinnen und Schüler nutzen verschiedene Medien während der Präsentation (Powerpoint)

Die Schülerinnen und Schüler stellen sich innerhalb der folgenden Stunden flexibel auf die Projektmethoden ein.

Projektverlauf
PhaseProjekttagInteraktionProblemfelder mit Lösung
EinstiegProjekttag 1 (1 Stunde)- Einstieg: Bildimpuls – Mindmap entsteht
- Film – Arbeitsblatt 1 wird begleitend ausgefüllt
- Ankündigung Projekt: Kernkraft
- Gruppenfindung und Themenauswahl
Die vielen Filminformationen erschweren den Mitschrieb:
Pausen zwischen den einzelnen Themenfeldern

Doppelung der Schülerwunschthemen:
Bei Doppelung entscheidet das Los.
PlanungProjekttag 1 (1 Stunde)- Ausgabe der Arbeitsmaterialien
- Gruppen wählen einen Gruppensprecher
- Gruppen planen Teilziele, erstellen Zeit- und Ablaufplan
Schüler möchten direkt mit der Recherche beginnen:
Raum und Zeit für die Arbeitsplanung geben. Hinweis auf die Notwendigkeit der Planung
DurchführungProjekttag 2-4 (6 Stunden)- Gruppen lösen Teilaufgaben: Recherchieren und Planen
- Gruppen aktualisieren ihre Ausarbeitung
- Gruppen erstellen Powerpoint-Präsentation
- Gruppen üben die Präsentation ein
Internetinformationen sind sehr umfangreich und teilweise schwer verständlich: Hinweis auf weitere Recherchemöglichkeiten: Schulbücher, Sachbücher, Videoclips

Einteilung der Arbeit innerhalb der Gruppe bereitet Schwierigkeiten: Sitzung der Gruppensprecher: Probleme werden geschildert und die Lösungen gemeinsam gesucht
PräsentationProjekttag 5 (2 Stunden)- Präsentation der einzelnen Gruppen
- Bewertung der Präsentation durch die Lehrkraft
Einzelne Gruppenmitglieder fehlen:

Der Vortragteil fehlender Schüler wird ausgelassen und fließt nicht in die Bewertung ein. Es werden Einzelnoten an jedes Mitglied der Gruppe vergeben.
Reflexion Projekt-abschlussProjekttag 6 (1 Stunde)- Gruppenreflexion zur Arbeitsweise
- Allgemeines Feedback der ganzen Klasse
- Aufschrieb: Tipps für kommende Präsentationen

Alle Themen zum Schwerpunkt total phänomenal · Energie

Energie aus Biomasse

Pflanzen, Gülle oder Biomüll lassen sich zur Gewinnung von Wärme, elektrischer Energie oder Kraftstoff nutzen. Zwar entsteht auch bei der Verbrennung nachwachsender Rohstoffe CO2, doch nur so viel, wie beim Wachsen durch Photosynthese in den Pflanzen gebunden wurde. Solange dieser Kreislauf innerhalb kurzer Zeit abläuft, ist die CO2 -Bilanz – anders als bei fossilen Energieträgern – neutral. So können in Biogasanlagen oder Biomasse(heiz)kraftwerken „grüner“ Strom und Wärme produziert werden; wie, das zeigt die Sendung.

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Energiespeicher und Stromnetze

Was muss geschehen, wenn es mit der Energiewende ernst werden soll? Windkraft- und Solaranlagen produzieren zwar immer mehr elektrische Energie, doch sind sie von Wetter und Tageszeit abhängig und stehen nicht immer da, wo der Strom benötigt wird. So müssen zusätzliche Stromtrassen gebaut werden, um Energie über lange Strecken zu transportieren. Und es braucht Energiespeicher, damit einmal erzeugte Energie nicht verloren geht. Neben Pumpspeicherkraftwerken stellt der Film auch aktuelle Systeme wie Batteriespeicher oder Power-to-Heat-Anlagen vor.

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Sonnenenergie

Unser Bedarf an Wärme und Strom ließe sich weitgehend durch die Energie der Sonne decken. Die Sendung zeigt, wie Solarkollektoren zur Warmwasserbereitung funktionieren und wie Solarzellen Licht in elektrische Energie umwandeln. Das Potenzial der Sonne zur Stromerzeugung ist riesig, besonders in den sonnenreichen Regionen der Erde. Dort könnte in großen Solarthermie-Kraftwerken so viel elektrische Energie produziert werden, dass damit auch sonnenärmere Gegenden versorgt werden könnten, wenn es genügend Netze und Speicher gäbe.

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Windenergie und Wasserkraft

Alle reden von der Energiewende. Aber kann unser Strombedarf durch erneuerbare Energien gedeckt werden?
Mit Windkraft wird in Deutschland weit mehr Strom erzeugt als mit Wasserkraft, mit der allerdings Energie auch gespeichert werden kann. Der Film erklärt, wie Windkraftanlagen, Laufwasserkraftwerke und Pumpspeicherkraftwerke funktionieren. Er weist darauf hin, welche Rolle der Klimawandel für Wind- und Wasserkraft spielt, und dass manche Großprojekte zur Energieerzeugung einschneidende Auswirkungen auf Umwelt und Gesellschaft haben.

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Energie aus der Erde

Im Innern der Erde kocht und brodelt es. Dort schlummert ein gewaltiges Energiepotenzial, das es anzuzapfen gilt: Erdwärme. In Zeiten steigender Strom- und Heizungskosten sind Alternativen zu Öl und Kohle gefragt. Außerdem müssen wir dringend den CO2-Ausstoß senken. Erdwärme ist eine saubere Sache, die nicht nur für Geothermie-Kraftwerke, sondern auch für den Häuslebauer interessant ist. Island hat ideale Bedingungen für die Energiegewinnung aus Erdwärme, aber auch in Deutschland gibt es gute Möglichkeiten. Der Boom hat gerade erst begonnen.

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Kernkraft (Fassung 2016)

Die Atomkatastrophe von Fukushima hat die Welt erschüttert. Spätestens seitdem ist klar: Prinzipiell kann so ein Unfall in jedem Reaktor überall auf der Welt geschehen. Deutschland hat deswegen den Ausstieg aus der Atomenergie beschlossen. In vielen anderen Ländern aber spielen Kernkraftwerke immer noch eine wichtige Rolle für die Energieversorgung.
Die Sendung erläutert die Mechanismen der Kernspaltung und die Funktionsweise eines Druckwasserreaktors. Sie erklärt, wie es zur Katastrophe von Fukushima kommen konnte und was dabei in den Unglücksreaktoren vor sich ging. Die Erkenntnisse aus den Vorgängen in Japan haben große Auswirkungen auf die Sicherheitstechnologie neuer Kernreaktoren, wie ein Beispiel aus Finnland zeigt.
Der atomare Rückbau stellt für Deutschland eine große Herausforderung dar. Am Beispiel des stillgelegten Kernkraftwerks Greifswald wird deutlich, wie schwierig und aufwendig der atomare Rückbau ist.
Ein Problem bleibt für alle Kernkraftwerke bestehen, ob stillgelegt oder noch in Betrieb: die Entsorgung der abgebrannten Uran-Brennelemente. Das Problem der atomaren Endlagerung ist noch immer ungelöst.

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Multitalent Erdöl

Erdöl ist etwas ganz Besonderes – mit dem schwarzen Gold läuft alles wie geschmiert: Autos, Flugzeuge, Maschinen und Heizungen. Und viele Gegenstände des täglichen Gebrauchs werden ebenfalls aus dem Rohstoff gewonnen. Doch die Vorräte werden langsam knapp, das Erdöl deshalb immer teurer. Das spüren die Verbraucher nicht nur an der Tankstelle. Und für die Ölkonzerne rechnen sich immer neue Wege, um mit High-Tech-Geräten die letzten Reserven anzuzapfen.
„total phänomenal“ zeigt, wie sich der begehrte Rohstoff vor 150 Millionen Jahren gebildet hat, wie man ihn fördern kann und wie man daraus die Stoffe gewinnt, die uns das Leben so angenehm machen.

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Bio gibt Gas – Bioenergie (Fassung 2005)

Oft denkt man bei Bioenergie nur an die Nutzung von Faulgasen aus Schweinezuchtbetrieben oder Kläranlagen. In den 1980er Jahren wurde die Energiegewinnung aus Biomasse als Alternative für Aussteiger belächelt. Längst jedoch haben auch große Autokonzerne ihre Forschungsaktivitäten in diese Richtung gelenkt. Nicht aus Fäkalien, sondern schlicht aus Pflanzen soll zukünftig handelsüblicher Treibstoff hergestellt werden. Der Hauptvorteil: Bei der Verbrennung entstehendes CO2 wird in den neu wachsenden Pflanzen wieder verwertet. Dadurch wird das klimaschädigende Kohlendioxid in einem ständigen Kreislauf gehalten.
Welche Formen der Bioenergie gibt es, und welchen Beitrag werden sie in der Zukunft leisten können? „total phänomenal“ begibt sich auf Spurensuche.

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Strom aus Strömung (Fassung 2005)

Wasser- und Windkraft haben nach wie vor Zukunft. Ihr Anteil wird noch zunehmen, denn der Bedarf an emissionsfreier Energie wächst.

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Wellen, die wärmen (Fassung 2005)

Die Sonne schickt nicht nur ihr Licht zur Erde, sondern auch Wärmestrahlen. Diese sind grundlegend für das Leben auf der Erde, und sie werden von Tieren und Menschen auf raffinierte Weise eingefangen und genutzt. So schafft es zum Beispiel der Pinguin, nicht einmal bei Temperaturen von minus 50 Grad zu frieren. Und selbst in unseren Breiten wandeln immer mehr Sonnenkollektoren die Energie der Sonne in warmes Wasser um; in Spanien gewinnen Forscher aus der begehrten Sonnenwärme sogar direkt Strom. Der Beitrag macht auch klar, dass es ohne den natürlichen Treibhauseffekt kein Leben auf der Erde gäbe und zeigt, wie der wirtschaftende Mensch seinem Heimatplaneten über die Maßen einheizt.

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The Versatility of Crude Oil

Erdöl ist ein ganz besonderer Saft und „in aller Munde“, wenn mal wieder der Benzinpreis steigt. Autos, Flugzeuge, Maschinen, Heizungen, Industrie – mit dem schwarzen Gold läuft alles wie geschmiert. Doch die Vorräte werden langsam knapp, da müssen sich die Ölkonzerne schon einiges einfallen lassen, um mit High-Tech-Gerät die letzten Reserven anzuzapfen.
Die Welt hängt am Öl und „total phänomenal“ zeigt, wie sich der begehrte Rohstoff vor 150 Millionen Jahren gebildet hat, wie man an ihn herankommt und wie man aus dem schmierigen Saft die Stoffe gewinnt, die uns das Leben so angenehm machen.

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Lucia Hefti