Teaching Guides > Komplexe Systeme Complex Systems

Photo of Complex Systems

Fächer: Physik, Geografie, Wirtschaftslehre, Sozialkunde, Politik
Stufe: Realschule, Berufsschule, Gesamtschule, Gymnasium
Umfang: 8 Unterrichtsstunden (die Lernsequenzen können auch einzeln verwendet werden)
Medien: Video, Arbeitsblatt, Didaktik/Methodik, Ablaufplan
4 Arbeitsmaterialien

Beschreibung der Unterrichtseinheit

Es gibt inzwischen kaum noch jemanden, der die sich immer stärker beschleunigende Klimaerwärmung und die wesentliche Verantwortung des Menschen daran leugnet. Gelingt es nicht, den weiteren Temperaturanstieg abzubremsen, wird dies zu unabsehbaren ökologischen, wirtschaftlichen und gesellschaftlichen Folgen führen, die letztlich das Überleben der menschlichen Rasse auf dem Planeten Erde infrage stellen werden.
Eine Bekämpfung des Klimawandels aber setzt ein Verständnis von Klima voraus. Wodurch wird der Temperaturanstieg verursacht? Wie wirken sich CO2 und sonstige Emissionen in der Atmosphäre aus? Welche Auswirkungen haben die weltweiten Meeresströmungen, Winde, Vulkanausstöße, Niederschläge, abschmelzende Gletscher und Eismassen? Wie funktioniert das äußerst komplexe Weltklima und wodurch wird es beeinflusst? Welche menschlichen Tätigkeiten wirken sich wie aus? Welche Emissionen sind am schädlichsten?
Die Schülerinnen und Schüler erarbeiten sich in vier Abschnitten und zahlreichen inhaltlich und methodisch variierenden Lernrunden einen Einblick in die Modellierung komplexer Wirkungszusammenhänge wie des Weltklimas und entwickeln daraus eigene Schlussfolgerungen und Vorschläge zur Bewältigung der aktuellen Klimakrise. Basis hierfür sind vier Arbeitsblätter sowie das digitale Plakat „Physik für das Klima und andere komplexe Systeme“ und das Video zur Lindauer Online-Matinee 2022.
Das Lernkonzept kann wahlweise im Präsenz- oder Fernunterricht verwendet werden. Die Schüler arbeiten überwiegend kollaborativ und digital. Die Unterrichtsmaterialien beinhalten zwar einen aufeinander aufbauenden Gesamtkontext, sie sind aber auch in Teilen gut verwendbar.
Diese Unterrichtseinheit ist in Zusammenarbeit mit dem Kuratorium für die Tagungen der Nobelpreisträger in Lindau entstanden, das mit dem Nobelpreis ausgezeichnete Forschung Schülerinnen und Schülern, Studierenden sowie dem wissenschaftlichen Nachwuchs näherbringen möchte. Die Unterrichtseinheit ergänzt dabei das Materialangebot der Mediathek der Lindauer Nobelpreisträgertagungen um konkrete Umsetzungsvorschläge für die Unterrichtspraxis in den Sekundarstufen.
Weitere Unterrichtseinheiten aus diesem Projekt finden Sie im Themendossier Die Forschung der Nobelpreisträger im Unterricht.

Unterrichtsablauf

Komplexe Systeme – Wie Funktionieren Sie?
Die Schülerinnen und Schüler erarbeiten sich auf der Basis eines digitalen Plakats, eines Videoclips und eigener Recherchen in zwei Lernrunden ein Verständnis von Giorgio Parisis Erkenntnissen zur Funktionsweise von komplexen Systemen und entwickeln dann einfache Modelle zur Abbildung und Simulation alltäglicher Problemstellungen. (Arbeitsblatt 1)
90 Minuten


Einzelarbeit; Textanalyse, Filmanalyse, Internetrecherche, Ergebnispräsentation durch selbst erstelltes Video oder Plakat.

Unser Wetter – Wie Funktioniert Es?
Die Schülerinnen und Schüler entwickeln auf der Basis eines digitalen Plakats, eines Videoclips und eigener Recherchen in zwei Lernrunden ein Verständnis des Modells der Erdatmosphäre und des Klimamodells von Syukuro Manabe und recherchieren anhand des aktuellen Sachstandsberichts des Weltklimarats den aktuellen Einfluss der Treibhausgase auf das Erdklima. (Arbeitsblatt 2)
90 Minuten


Partnerarbeit; Textanalyse, Filmanalyse, Internetrecherche, Ergebnispräsentation mittels digitalem „Factsheet“ und Kurzvortrag.

Unser Klima – Vom Menschen Beeinflusst?
Die Schülerinnen und Schüler eruieren anhand von Videoanalysen Argumente für die von Klaus Hasselmann nachgewiesene menschliche Verursachung des Klimawandels und erproben diese dann praktisch in simulierten Streitgesprächen. (Arbeitsblatt 3)
90 Minuten


Gruppenarbeit; Textanalyse, Video-Analyse mit Kurzvortrag und Streitgespräch.

Die Klimakatastrophe – Wie Kann Man Sie Noch Verhindern?
Die Schülerinnen und Schüler entwickeln in einem „Klimacamp“ Nachhaltigkeitskonzepte für Privathaushalte, Unternehmen und Staat und präsentieren und diskutieren diese. Die Arbeit der drei Konzeptgruppen wird von einer Reportage-Gruppe begleitet, welche über das Camp berichtet und die Arbeiten und Ergebnisse dokumentiert. (Arbeitsblatt 4)
90 Minuten


Gruppenarbeit; Klimacamp mit drei Konzeptgruppen und einer Reportagegruppe. Präsentation der Vorschläge mittels (digitalem) Plakat.

Didaktisch-methodischer Kommentar

Das Thema "Ein Nobelpreis für das Klima" im Unterricht
Was sind die Elemente und Kennzeichen komplexer Systeme wie des Erdklimas, des Straßenverkehrs oder der Wirtschaft? Wie kann man sie strukturieren und modellhaft abbilden?
Die heutige Realität einer vernetzten globalen Welt wird immer undurchschaubarer und erscheint immer unbeherrschbarer.
Nur wenn es gelingt, komplexe Prozesse zu analysieren, zu beschreiben, nachzubauen und zu simulieren, ist eine Beherrschung, Steuerung und Beeinflussung dieser Prozesse durch den Menschen möglich.
Die Unterrichtseinheit konfrontiert die Schülerinnen und Schüler mit dieser notwendig abstrakten Durchdringung und Abbildung der Realität in zahlreichen lebensnahen Beispielen, vor allem aber im Hinblick auf das allgegenwärtige Thema Klima und Nachhaltigkeit.
Die Herausforderungen für die Schülerinnen und Schüler reichen von einfachen Erklärungen von klimatischen Wirkungszusammenhängen über das Begreifen und argumentative Verteidigen wissenschaftlicher Erkenntnisse der Klimaforschung bis hin zur Entwicklung eigener Nachhaltigkeitskonzepte.
Die Unterrichtseinheit ermöglicht damit nicht nur einen Einblick in die wissenschaftliche Klimaforschung, sondern auch eine Meinungsbildung zum Klimawandel und zu seiner Bekämpfung.

Vorkenntnisse
Digitale Grundkenntnisse von Schülerinnen und Schülern und Lehrkräften wären hilfreich, sind aber nicht zwingend erforderlich. Auch naturwissenschaftliche Vorkenntnisse sind nicht erforderlich.

Didaktische Analyse

Je vernetzter und undurchsichtiger unsere globale Welt wird, umso wichtiger ist ein Verständnis für komplexe Wirkungszusammenhänge und Interdependenzen.
Dies gilt inzwischen für nahezu alle Lebensbereiche.
Corona, Kriege und immer schnellere Klimaveränderungen haben dies schonungslos offen gelegt. Schon geringste Störungen der industriellen Lieferketten schaffen Versorgungsprobleme rund um die Welt. Klimaveränderungen werden global verursacht und können nur global bekämpft werden. Der immer schnellere Raubbau an der Natur entzieht der Menschheit in zahlreichen Dimensionen zunehmend die Lebensgrundlage (Nahrung, Trinkwasser, und so weiter). Die Hybris des Menschen setzt auf Geld und weitere technologische Innovationen, führt aber dazu, dass man in der Regel erst handelt, wenn es fast schon zu spät ist. Die aktuellen Klimamaßnahmen sind ein gutes Beispiel hierfür.
Die Schülerinnen und Schüler sollen erkennen, dass die sich anbahnende Klimakatastrophe zu großen Teilen vom Menschen selbst verursacht wird. Dies erfolgt jedoch über ein äußerst komplexes wirtschaftliches, soziales und politisches Wirkungsgefüge, das kaum zu überblicken und noch schwerer zu verändern und zu steuern ist.
Nur mit einem kybernetischen Verständnis von komplexen Wirkungszusammenhängen wird man dieser Herausforderung begegnen können.
Die drei Nobelpreisträger haben mit ihren Forschungen zu dieser Einsicht einen erheblichen Beitrag geleistet.

Methodische Analyse
Die Unterrichtseinheit kombiniert in einem hybriden Lernarrangement Präsenz- und Onlineelemente. Dabei steht die Selbstaktivität der Schülerinnen und Schüler und die Handlungsorientierung im Vordergrund. Alle Lernschritte müssen von den Schülerinnen und Schülern allein, in Partner- oder Gruppenarbeit bewältigt werden. Die erarbeiteten Lösungen werden dann der Klassengemeinschaft präsentiert.
Einige Aufgabenstellungen erfordern auch eine digitale Zusammenarbeit der Schülerinnen und Schüler, zum Beispiel wenn sie gemeinsam eine digitale Pinwand vervollständigen. Eine solche digitale Kollaboration und Problemlösung ist motivierender, aber auch anspruchsvoller als eine reine Internetrecherche.

Unterrichtsmaterial

Fachkompetenz

Die Schülerinnen und Schüler

1. verstehen das Wesen komplexer Systeme und können es beispielhaft erklären,
2. verstehen und erklären Klimamodelle und klimatische Wirkungszusammenhänge,
3. können den menschlichen Einfluss auf die Klimaerwärmung belegen.

Medienkompetenz

Die Schülerinnen und Schüler

1. recherchieren und analysieren Informationen im Internet,
2. kooperieren online auf digitalen Pinnwänden,
3. erstellen Präsentationsfolien und Videopräsentationen.


Sozialkompetenz

Die Schülerinnen und Schüler

1. recherchieren, entscheiden und präsentieren im Team,
2. verständigen sich auf eine gemeinsame Modellbildungen zur Erklärung von komplexen Wirkungszusammenhängen,
3. entwickeln Nachhaltigkeitskonzepte zur Bekämpfung der Klimakatastrophe.


Nobelposter zum Physik-Nobelpreis 2021 für das Klima und andere komplexe Systeme
Nobelposter zum Physik-Nobelpreis 2021 für das Klima und andere komplexe Systeme

 

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