Solarthermie-Kraftwerk (Foto: SWR – Screenshot aus der Sendung)

total phänomenal · Energie

Windenergie und Wasserkraft | Unterricht

Stand
Autor/in
Daniela Bach
Lucia Hefti


Themen
• Solarstrom
• Solarthermie
• Strom
• Wärmebereitung
• Warmwasser
• Kraftstoff
• Batteriespeicher
• Laufwasserkraftwerk
• Pumpspeicherkraftwerk
• Regenerative Energie
• Nachhaltigkeit

Fächer
• Physik
• Biologie
• NwT

Klassenstufen
• ab Klasse 8, alle Schularten

Solarthermiekraftwerk mit Turm in der Mitte. (Foto: SWR – Screenshot aus der Sendung)
Solarthermie-Kraftwerk: Spiegel lenken die Lichtstrahlen zu einem Turm, in dem Wasser erhitzt wird Bild in Detailansicht öffnen
Schiff hat Windkraftanlage im Schlepptau. (Foto: SWR – Screenshot aus der Sendung)
Eine schwimmende Windkraftanlage wird aufs Meer geschleppt Bild in Detailansicht öffnen
Biogasanlage von oben. (Foto: SWR – Screenshot aus der Sendung)
Biogasanlage eines Energiewirts Bild in Detailansicht öffnen
Montage: Parkende Autos mit Energiespeicher auf dem Dach. (Foto: SWR – Screenshot aus der Sendung)
Private Pkws könnten künftig zu Energiespeichern werden Bild in Detailansicht öffnen

Bezug zu den Bildungsplänen

Nicht erst seit dem beschlossenen Atomausstieg Deutschlands im Jahre 2011 erfreuten sich erneuerbare Energieformen zunehmender Beliebtheit. Denn vielerorts wurden bereits davor schon Solarzellen auf Dächern verwendet oder Windkraftanlagen in Gemeinden aufgestellt. Dies alles mit dem Ziel, sich aktiv an der Energiegewinnung durch nachhaltige Ressourcen zu beteiligen und fossile Quellen für die Energiegewinnung zu minimieren.

Erneuerbare Energieformen bestechen durch ihre aktuelle sowie auch zukünftige Bedeutung in unserem Land und gelten als Hoffnungsträger der geplanten Energiewende. Schließlich soll zum Jahr 2050 elektrischer Strom in Deutschland zu 80 Prozent aus erneuerbaren Energiequellen stammen. Deshalb liegt es nahe, sich auch im schulischen Kontext mit den Chancen und Herausforderungen dieser Technologie zu beschäftigen. Eine Auseinandersetzung mit den Möglichkeiten erneuerbarer Energieformen ist dabei genauso wichtig wie die Betrachtung der Funktions- und Wirkungsweise sowie die Frage nach dem Speichern von Energie. Somit kann ein Gesamtüberblick entstehen, der Überlegungen bezüglich einer Kombination verschiedener Technologien erlaubt und durchaus auch kritische Gesichtspunkte beleuchtet, die zu einem fundierten Meinungsbild von Lernenden führen.

Bildung für nachhaltige Entwicklung wurde jüngst im Bildungsplan als Leitperspektive ausgewiesen, wodurch die Bedeutung im Unterricht eine Stärkung erfuhr. Ziel ist es, Lernende zu befähigen, informierte Entscheidungen zu treffen und mit Verantwortungsbewusstsein auf den Schutz unserer Umwelt zu achten, wenn man im Unterricht beispielsweise von der natürlichen Belastungsgrenze des Erdsystems spricht. Gleichermaßen soll ein vorausschauendes Denken hinsichtlich der Notwendigkeit einer Energieversorgung mit erneuerbaren Energieformen angebahnt werden. Nur so kann eine geplante Energiewende tatsächlich Realität werden.

Die Filme „Windenergie und Wasserkraft“, „Sonnenenergie“, „Energiespeicher und Stromnetze“ und „Energie aus Biomasse“ aus der Reihe „total phänomenal“ zeigen diese Technologien im Detail, indem technische und physikalische Wirkungsweisen erläutert werden. Gleichermaßen werden Nutzungsmöglichkeiten, Reichweiten und auch Grenzen verdeutlicht, was zum kritischen Diskurs anregen soll.

Einsatz im Unterricht

Das Thema „Erneuerbare Energie“ ist überwiegend im Fach Physik angesiedelt. Hierbei können die Filme ab Klasse 8 zu folgenden Themen/Aspekten zum Einsatz kommen:

Energie Beschreibung physikalischer Vorgänge durch Energie, Verständnis von Energieversorgungssystemen, Unterscheidung endlicher und unbegrenzter Energieträger

Energieversorgungssysteme Erkennen der Notwendigkeit und Herausforderungen einer nachhaltigen Energieversorgung, Beschreibung der verschiedenen Möglichkeiten der Nutzbarmachung von Energie, Möglichkeiten der Energieversorgung hinsichtlich ökologischer und wirtschaftlicher Kriterien vergleichen und bewerten

Es bietet sich an, alle vier Filme aus der Sendereihe nacheinander einzusetzen, wobei es keiner festgelegten Reihenfolge bedarf. Im Folgenden finden sich zu jedem einzelnen Film speziell konzipiertes Material sowie vor- und nachbereitende und zusammenfassende Arbeitsblätter. Die einzelnen Filme sind in Sequenzen unterteilt (siehe Timecodes), weshalb es sich anbietet, die Schüler*innen selbstständig mit Tablets, Laptop oder Computer arbeiten zu lassen.

Unterrichtsverlauf
Zur besseren Übersicht folgt nun ein möglicher Ablauf zum Einsatz der Unterrichtsmaterialien, welcher Aufschluss über Inhalt, Umfang und erworbene Kompetenzen gibt.

Vorbereitende Stunde: Erneuerbare Energien
PhaseLehr-Lern-InteraktionSozialformMedien
Einstieg: Erneuerbare EnergienLehrkraft schreibt den Begriff „Energiewende“ an die Tafel. Schüler*innen äußern sich dazu.Plenum
ErarbeitungKlasse bearbeitet das Arbeitsblatt in Einzel- oder Partnerarbeit.Einzel- oder PartnerarbeitArbeitsblatt Einstieg
Internet
SicherungGemeinsame Besprechung des Arbeitsblattes.Plenum
Stilisierte gelbe Sonne mit Sonnenstrahlen. (Foto: SWR)
Unterrichtsstunde: total phänomenal – Sonnenenergie
PhaseLehr-Lern-InteraktionSozialformMedien
EinstiegVorwissen sammeln mit Arbeitsblatt 1, Nr. 1
Lösungen abgleichen und ergänzen
EinzelarbeitArbeitsblatt 1, Nr. 1
Erarbeitung 1 und Sicherung 1: Die Sonne – eine EnergiequelleFilm (Timecode: 00:00–02:13)
Wissen sichern mit Arbeitsblatt 1, Nr. 2
Lösung vergleichen
EinzelarbeitArbeitsblatt 1, Nr. 2
Erarbeitung 2 und Sicherung 2: Wärme aus SonnenstrahlenFilm (drei Sequenzen/Timecode: 02:14–05:05)
● Schüler*innen bearbeiten in der Gruppe nacheinander rotierend die 3 Abschnitte im AB 2 mit jeweiligem Timecode
● Gruppe vergleicht Lösungen untereinander
Gruppenarbeit (Dreiergruppe)Arbeitsblatt 2
Erarbeitung 3: Elektrische Energie durch Solarzellen und aus Solarthermie- und SolarrinnenkraftwerkenFilm (zwei Sequenzen/Timecode: 05:05–14:56)
Vierergruppe unterteilt sich in zwei Partnerarbeitsgruppen -> eine Partnerarbeitsgruppe bearbeitet Arbeitsblatt 3.1+3.2, die andere Arbeitsblatt 4.1+4.2
Gruppenarbeit (Vierergruppe), PartnerarbeitArbeitsblatt 3.1+3.2
Arbeitsblatt 4.1+4.2
Sicherung● Innerhalb der Gruppe werden die Ergebnisse präsentiert und gemeinsam abgeglichen
● Im Plenum werden offene Fragen/ Unklarheiten geklärt
● Klasse erstellt gemeinsam ein Cluster zum Thema Sonnenenergie
Gruppenarbeit Plenum

Kompetenzen:
► Wissen über Wirkung der Sonne auf ausgewählte Oberflächen
► Funktionsweise von Solarzellen und Wirkungsgrad
► Unterschied Solarthermie-Kraftwerk und Solarrinnenkraftwerk
► Vorteile von Solarzellen und Solarthermie-/Solarrinnenkraftwerk

Zeichnung eines Wassertropfens (links) und einem Windrad (rechts) (Foto: SWR)
Unterrichtsstunde: total phänomenal – Windenergie und Wasserkraft
PhaseLehr-Lern-InteraktionSozialformMedien
Einstieg: Wind- und Wasserkraftwerke und die Energiewende● Bild einer Windkraftanlage und eines Wasserkraftwerks (TC 01:05 und 03:11)
● Vorwissen im Plenum sammeln
● Schüler*innen bearbeiten in Partnerarbeit Arbeitsblatt 1 (1. Antwort)
Plenum

Partnerarbeit
Arbeitsblatt 1
Erarbeitung 1 und Sicherung 1: Windkraftanlagen – Funktionsweise● Film (Timecode: 00:00–02:38)
● Alle bearbeiten Arbeitsblatt 2
● Besprechung im Plenum
Einzelarbeit

Plenum
Arbeitsblatt 2
Erarbeitung 2 und Sicherung 2: Wasserkraftwerke – Funktionsweise● Film (Timecode: 02:38–05:56)
● Alle bearbeiten Arbeitsblatt 2
● Besprechung im Plenum
Einzelarbeit

Plenum
Arbeitsblatt 3
Erarbeitung 3: Wasserkraftwerke – Vor- und Nachteile● Im Plenum wird Arbeitsblatt 4, Nr. 1 gelöst
● Lehrkraft zeigt Bild einer Überschwemmung, Klasse stimmt sich auf Thema „Schattenseiten von Wasserkraftwerken“ ein.
● Schüler*innen bearbeiten Arbeitsblatt 4, Nr. 2 und 3
PartnerarbeitArbeitsblatt 4
Sicherung● Schüler*innen gehen zurück zu Arbeitsblatt 1 und beantworten die Fragen erneut (2. Antwort)
● Sie besprechen im Plenum, inwiefern sich ihre Antwort geändert hat.
PlenumArbeitsblatt 1

Kompetenzen:
► Funktionsweise von Windkraftwerken
► Funktionsweise Wasserkraftwerk (verschiedene Typen)
► Funktion der Kombination regenerativer Energien
► Kritische Auseinandersetzung mit den Schattenseiten von Wasserkraftwerken
► Überarbeitung des eigenen Wissens durch neue Informationen

Ein stilisiertes Blatt in einem grünen Kreis. (Foto: SWR)
Unterrichtsstunde: total phänomenal – Energie aus Biomasse
PhaseLehr-Lern-InteraktionSozialformMedien
EinstiegBildimpuls oder Zitat -> Vorwissen der Klasse sammelnPlenumEinstieg: Materialblatt 1
Erarbeitung 1 und Sicherung 1: Pflanzen zur Energiegewinnung und Biogasanlagen● Film gemeinsam anschauen; Schüler*innen bearbeiten alle Arbeitsblatt 1 zum Film
● Gemeinsame Besprechung von Arbeitsblatt 1

● Zur Vertiefung im Unterricht oder als Hausaufgabe wird Arbeitsblatt 2 zum Film bearbeitet
Plenum oder Einzelarbeit

Plenum


Einzel- oder Partnerarbeit
Arbeitsblatt 1





Arbeitsblatt 2
Erarbeitung 2 und Sicherung 2: Energie aus Biomasse – Vor- und NachteileAlle bearbeiten das Arbeitsblatt 3, tauschen sich danach mit ihren jeweiligen Partner*innen aus und ergänzen ihr ArbeitsblattPartnerarbeitArbeitsblatt 3
Erarbeitung 3 und Sicherung 3● Stellungnahme zu einer Aussage oder zu einem Foto
● Vortrag der Stellungnahme
Einzel- oder Gruppenarbeit PlenumArbeitsblatt 4

Kompetenzen:
► Funktionsweise und Nutzen einer Biogasanlage erklären
► Energiegewinnung aus Reststoffen beschreiben
► Kohlenstoffkreislauf beschreiben
► Vor- und Nachteile der Biomasse als erneuerbare Energiequelle nennen
► Kritische Auseinandersetzung mit dem Thema

Stilisierter Energiespeicher neben einer Stromtrasse. (Foto: SWR)
Unterrichtsstunde: total phänomenal – Energiespeicher und Stromnetze
PhaseLehr-Lern-InteraktionSozialformMedien
Einstieg● Vorwissen sammeln mit Arbeitsblatt 1
● Lösungen vergleichen und ergänzen
Partnerarbeit PlenumArbeitsblatt 1: Einstieg Internet
Erarbeitung 1 und Sicherung 1: Klimawandel, Energiegewinnung und Energiewende● Alle erhalten Arbeitsblatt 2 zum Film und lesen sich die Aufgaben durch.
● Film anschauen (Timecode: 0:00 - 06:10) und Arbeitsblatt 2 bearbeiten
● Lösungsvergleich
PlenumArbeitsblatt 2 zum Film
Erarbeitung 2 und Sicherung 2: Energiespeicherverfahren● Gruppenpuzzle zum Thema „Energiespeicher“ -> Einteilung der Stammgruppen (Fünfergruppen) + Zuteilung der Energiespeicher-Experten (1-5)
● Film anschauen (Timecode 06:10–15:04)
● Austausch und Lösungsvergleich innerhalb der Expertengruppen
● Vorstellung der einzelnen Energiespeicher innerhalb der Stammgruppe
Gruppenarbeit






Plenum Gruppenarbeit
Arbeitsblatt 3a/b: Gruppenpuzzle
Erarbeitung 3 und Sicherung 3: Energiespeicher und Stromnetze● Schüler*innen bearbeiten das Arbeitsblatt
● Austausch im Plenum
Einzelarbeit PlenumArbeitsblatt 4: Transfer

Kompetenzen:
► Wissen über die Folgen des Klimawandels
► Derzeitige Energiegewinnung in Deutschland am Beispiel der Stadt Karlsruhe beschreiben
► Funktionsweise verschiedener Energiespeicher erklären
► Vor- und Nachteile verschiedener Energiespeicher nennen
► Zukünftige Energiegewinnung in Deutschland beschreiben
► Kritische Auseinandersetzung mit dem Thema

Nachbereitende Stunde
PhaseLehr-Lern-InteraktionSozialformMedien
Einstieg„Eine Versorgung mit 100 Prozent erneuerbaren Energien ist möglich, bezahlbar und notwendig, weil sie im Überfluss vorhanden ist.“ (Wolf von Fabeck)
Die Schüler*innen äußern sich zu dem Zitat.
Plenum
Erarbeitung: Fossile Brennstoffe vs. Erneuerbare EnergienSchüler*innen bearbeiten das ArbeitsblattEinzel- oder PartnerarbeitArbeitsblatt Abschluss
SicherungPlenumsdiskussion „Sind erneuerbare Energieträger wirklich besser als fossile und atomare Energieträger?“Plenum

Alle Themen zum Schwerpunkt total phänomenal · Energie

Energiespeicher und Stromnetze

Windkraft- und Solaranlagen produzieren immer mehr elektrische Energie. Aber sie brauchen Speicher. Der Film zeigt, welche Möglichkeiten es dafür gibt. Für Unterricht ab Klasse 5.

total phänomenal SWR Fernsehen

Stand
Autor/in
Daniela Bach
Lucia Hefti