MINT-Unterricht » Lehrmittel & Leitaden für den Einstieg

Mathematik, Informatik, Natur & Technik, Chemie, Biologie, Physik - Das sind einige der sogenannten MINT-Fächer, die in deutschen Schulen unterrichtet werden. Das Schöne daran: Bei vielen Themen können auch andere, als 21st Century Skills bekannte Fähigkeiten ganz nebenbei gefördert werden. Kritisches Denken, Kreativität, Kollaboration, Resilienz und Problemlösefähigkeit sind nur einige davon.

Durch das Experimentieren und das im wahrsten Sinne des Wortes selbst Be"greifen" wird eine völlig andere Herangehensweise an den Unterrichtsstoff ermöglicht. Die aktive Beschäftigung mit den Unterrichtsthemen spricht andere Bereiche des Gehirns an und lässt die Schüler*innen die Themen so um vieles nachhaltiger verstehen.

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Fachkräfte in den Bereichen Mathematik, Informatik, Technik oder mit naturwissenschaftlichem Background sind gefragter denn je – doch der Nachwuchs fehlt. Aktuelle Studien zeigen, dass sich immer weniger junge Menschen für eine Ausbildung oder ein Studium im MINT-Umfeld entscheiden. Vor allem Mädchen und Frauen sind in naturwissenschaftlichen und technischen Berufen nach wie vor unterrepräsentiert. Demgegenüber steht die große nationale Herausforderung des Fachkräftemangels. Arbeitskräfte aus dem Ausland sollen helfen, können aber nur ein Teil der Lösung sein – das Bildungssystem ist gefordert.

Best Practice 1: Das Regental-Gymnasium in Nittenau

Ein Bezug zur realen Lebenswelt ist ihm bei seinen Projekten besonders wichtig. Manuel Arnold verwendet in seiner Robotik-AG hauptsächlich Lerntools von LEGO® Education. Schon während seines Studiums ist der engagierte Lehrer auf die selbst konstruierbaren und programmierbaren Roboter gestoßen. Die Faszination für diese Form der kreativen Unterrichtsgestaltung hat ihn seitdem nicht mehr losgelassen. Der interaktive und erlebnisorientierte Wissenstransfer kommt auch bei seinen Schüler*innen an. Vor allem dann, wenn die entwickelten Prototypen dem kritischen Urteil einer Expertenjury im Rahmen von Wettbewerben standhalten müssen.

Best Practice 2: Die MINT-Labs Regensburg e.V.

Beispiel für ein außerschulisches Angebot, um sich mit MINT-Themen kreativ auszuprobieren und Neues kennenzulernen, sind die MINT-Labs in Regensburg. Einzelne Kinder ab 8 Jahren oder ganze Schulklassen können hier ihre MINT-Fähigkeiten spielerisch ausprobieren. Ob Technik, Elektronik, Mathematik, Pharmazie, Physik, Programmieren, Chemie oder Biologie – Die MINT-Labs bieten ein umfangreiches Angebot, Labore und Geräte sowie ein Netzwerk aus kompetenten Menschen, die die Schüler*innen auf ihren Forschungsreisen begleiten.

Mit den Sets von LEGO® Education unterrichten Sie Ihre Schüler*innen mit dem Konzept des Playful Learning. Anders gesagt: Hier werden vor allem viel Spaß und Begeisterung vermittelt und somit Berührungsängste gegenüber dem eigentlichen Lernstoff abgebaut. Dank der bekannten Klemmbausteine stellt die Arbeit mit der Hardware keine Hürde für die Schüler*innen dar. Alltagsnahe Aufgabenstellungen erleichtern den Zugang noch weiter.

Das LEGO Education Lernsystem gliedert sich dabei in zwei Stränge: Die Sets der „Essential“-Reihe richten sich an Schüler*innen der Grundschule, die Sets der „Prime“-Reihe an die weiterführender Schulen der 5.-8. Klasse. Für beide Altersgruppen gibt es wiederum jeweils zwei Sets: BricQ Motion und SPIKE™.

LEGO Education BricQ Motion: Mit den BricQ Motion Sets können Schüler*innen unterschiedliche Modelle aus der Welt des Sports bauen und damit naturwissenschaftliche Themen mit eigenen Händen erforschen. BricQ Motion basiert auf mechanischen Konstruktionen, wodurch keinerlei weitere technische Ausstattung notwendig ist. Durch das Set wird das Verständnis von Kräften, Bewegungen und Wechselwirkungen mittels einfacher, handlungsorientierter Lernerlebnisse gefördert.

LEGO Education SPIKE™: Die SPIKE Sets bieten den perfekten Einstieg in die Welt der Programmierung. Durch die Kombination aus lehrplangerechten Lerneinheiten mit den weithin bekannten Bausteinen können die MINT-Lerneinheiten fächerübergreifend an jeden Lernstandard und verschiedene Lernumgebungen angepasst werden. Durch die Programmierung mit der intuitiven, kindgerechten Drag&Drop-Software auf der Basis von Scratch, können die Schüler*innen auch ohne Vorkenntnisse realitätsbezogene Aufgaben erarbeiten. Für Fortgeschrittene gibt es die Möglichkeit, die Projekte aus Mathematik, Informatik, Naturwissenschaften und Technik mit der textbasierten Programmiersprache Python zu lösen.
Seit über 50 Jahren ist fischertechnik Hersteller von Lernbaukästen für den MINT-Unterricht und vor allem für seine hochwertigen und langlebigen Produkte bekannt. Die fischertechnik education Sets halten sich eng an die deutschen Lehrpläne und bestechen durch ihre funktionalen Modelle, die einen klaren Fokus auf die Lernhinhalte legen. Neben den Bauanleitungen gibt es zusätzlich didaktische Begleit- und Hintergrundinformationen sowie Aufgaben und Lösungen, wodurch die Integration in den laufenden Unterricht ein Kinderspiel wird.

Verschiedene Sets werden für eine große Bandbreite an Lernenden mit unterschiedlichen Vorkenntnissen angeboten um das Programmieren zu erlernen, wie beispielsweise aus den Bereichen MINT-Kits oder MINT Robotics. Für höhere Klassen können die Programmierkenntnisse dank spezieller Add-Ons zum TXT 4.0 Base Set in einzelnen Wissensbereichen wie etwa dem Internet of Things (IoT) oder zum Thema autonomes Fahren vertieft werden. Das innovative Lehrmaterial vermittelt den Schüler*innen technisches Grundverständnis und bereitet die Lernenden somit optimal auf technische Berufe vor.

Die unterschiedlichen Sets von fischertechnik education reichen von Robotics in Vor- und Grundschule bis hin zum Simulationsmodell Lernfabrik 4.0, welche den Bestellprozess, den Produktionsprozess und den Lieferprozess in digitalisierten und vernetzten Prozessschritten abbildet, wodurch vor allem Lernende in Ausbildung und Studium realitätsnah auf spätere Herausforderungen vorbereitet werden können.
Für höhere Klassen oder Lehrkräfte, die weniger spielerisch an das Thema Programmierung herangehen möchten, bieten sich spezielle Education Sets von Raspberry Pi™, Arduino, Calliope und micro:bit an. Dank des zugehörigen didaktischen Materials und vorbereiteter Aufgabenstellungen fällt der Einstieg in die Unterrichtsgestaltung leicht.

Beispiele hierfür wären z.B. der bereits für die Grundschule geeignete Microcontroller Calliope im fischertechnik education Set oder der ähnliche BBC micro:bit. Dieser wird auch im eigens entwickelten Electronic Adventure Set „Die Reise mit dem micro:bit“ verwendet. Die Experimentier-Box ist bereits für Lernende ab 8 Jahren geeignet und bietet den perfekten Einstieg in die Welt der Programmierung in Verbindung mit Elektronik. Dabei kommt das Set ohne Löten aus und bietet mit dem Anleitungsbuch und dem Begleitheft für Eltern und Lehrkräfte alles für die jungen und älteren Entdecker.

Wer schon erste Erfahrungen gesammelt hat und bereits anspruchsvollere Projekte umsetzen möchte, kann zum Beispiel mithilfe des Raspberry Pi Build HATs seine mit LEGO Education konstruierten Roboter in Verbindung mit einem Raspberry Pi auf ein ganz anderes Level heben.
Wie für den Robotik-Bereich bieten sowohl fischertechnik education als auch LEGO Education Lernbausätze für Unterrichtsinhalte aus dem Fach Physik an. Jeder Hersteller hat hier jedoch seine eigene Herangehensweise: Während LEGO Education mit lebensnahen Beispielen aus der Welt des Sports auf Bewegungen, Kräfte und deren Wechselwirkungen eingeht und so die Schüler*innen spielerisch an den Stoff heranführt, sind die Aufbauten von fischertechnik education optisch reduzierter und bieten weniger Ablenkung. Die Modelle sind vielmehr so konstruiert, dass die Beobachtung physikalischer Wirkungsweisen im Vordergrund steht. Ob die Grundlagen der Optik, unterschiedliche Getriebe, erneuerbare Energien oder elektrische Stromkreise – die Schwerpunkte der einzelnen Sets sind ganz gezielt aus dem derzeit geltenden Physik-Curriculum übertragen und entsprechend umgesetzt worden.

"Lernen von und mit der Natur" ermöglichen die Sets von FESTO Didactic. Aus der Pflanzen- und Tierwelt abgeleitete Prinzipien und Bewegungsabläufe lassen sich mit Sensoren nachahmen und über einen Mikrocontroller steuern.
3D-Drucker lassen Kinder und Jugendliche in eine völlig neue Welt des Lernens eintauchen. Kreativität, Phantasie und Kollaboration fördern auch bei diesem Lehrmittel eine aktive Teilnahme am Unterricht.

3D-Druck lässt sich dabei nicht nur im künstlerischen bzw. gestalterischen Bereich einsetzen, z.B. auch mit einem 3D-Druck Stift, sondern kann fächerübergreifend eingesetzt werden. Beispielsweise im Physikunterricht zum Thema Optik, indem man Objekte mit optischer Täuschung druckt oder auch physikalische Kräfte und Materialkunde, indem Objekte mit unterschiedlichen Verfahren gedruckt und auf ihre Haltbarkeit mittels Bruchtest und Kraftsensoren untersucht werden. Auch im Biologieunterricht lässt sich 3D-Druck integrieren: Hier können Exponate zu einem Bruchteil der Kosten von herkömmlichen, z.B. Replika von Skeletten, gedruckt werden. Ausführliche Beschreibungen dazu finden Sie hier.

Wir möchten die Entwicklung und Nutzung von 3D-Druck im Unterricht unterstützen und haben deshalb zusammen mit Texas Instruments und dem T³ Europe Netzwerk das digitale Handbuch 3D-Druck entwickelt. Mit Theorie, praktischen Experimenten, Arbeitsblättern für Schüler*innen und Zusatzinformationen für Lehrkräfte bietet es fachdidaktisches Material und erleichtert den Einstieg. Erfahren Sie mehr...

Löten im Schulunterricht eignet sich für alle Altersstufen und ist leicht an den jeweiligen Entwicklungsstand der Kinder anzupassen. Jüngere Schüler*innen erstellen Schmuckstücke oder Figuren, in höheren Jahrgangsstufen steht bereits das Verlöten von Kabeln, LEDs und Widerständen im Stromkreis im Vordergrund und kann beispielsweise bei der Reparatur einer Fahrradbeleuchtung zum Einsatz kommen. Wichtig für alle: gut funktionierendes und professionelles Equipment!

Neben einem Lötkolben oder einer Lötstation und dem Lötzinn gehört auch das entsprechende Zubehör zur richtigen Ausstattung, gerade an Bildungseinrichtungen. Hier sollte nicht auf feuerfeste Unterlagen und Lötrauchabsaugung verzichtet werden. Durch die Unterlagen können Beschädigungen an Möbelstücken und im schlimmsten Fall auch ein Brand verhindert werden. Die Lötrauchabsaugung verhindert gesundheitliche Beeinträchtigungen durch den entstehenden Lötrauch. Für eine Erleichterung und bessere Handhabung beim Löten ist die „Dritte Hand“ der Klassiker unter den Löthilfen, weitere praktische Helfer sind Platinenbestecke, Lötspitzenreiniger und Lötdrahtabroller.
Auch wenn es mittlerweile für fast jede Tätigkeit eine dazu passende und zumeist die Arbeit erleichternde Maschine gibt, sind Handwerkzeuge trotz alledem nach wie vor unverzichtbar. Gerade beim Arbeiten mit Kindern stellen Handwerkzeuge zumeist ein geringeres Verletzungsrisiko im Gegensatz zu Elektrowerkzeugen dar.

Dem gegenüber steht die Arbeitserleichterung durch Elektrowerkzeuge. Und auch sie können, durch richtige Handhabung und die durch die Hersteller immer weiter entwickelten Sicherheitsstandards, sicher zum Einsatz kommen. Bei Elektrowerkzeugen kann oft noch zwischen einer Variante mit Kabel oder mit Akku entschieden werden. Beide haben ihre jeweiligen Vor- und Nachteile: Mit der Stromversorgung per Kabel kann das Gerät mehr oder weniger dauerhaft betrieben werden und das Problem eines leeren Akkus wird umgangen. Dagegen haben akkubetriebene Geräte eine flexiblere Handhabung, da man nicht an ein Kabel und eine Steckdose gebunden ist. Bei der Wahl der jeweiligen Variante sollten daher der Einsatzzweck und das Einsatzgebiet des Elektrowerkzeugs berücksichtigt werden.
Ob Büroarbeit oder Forschen im Labor: jede berufliche Tätigkeit hat spezielle Anforderungen an die Arbeitsumgebung, wenn es um sichere Arbeitsbedingungen und den Schutz der Gesundheit geht. Ein ergonomischer Arbeitsplatz soll die berufliche Tätigkeit optimal unterstützen und arbeitsbedingten Erkrankungen vorbeugen. Beim Einsatz von Maschinen und Werkzeugen gehört zusätzlich zur Ergonomie die persönliche Schutzausrüstung (PSA) als eine der wichtigsten Präventionsmaßnahmen zum Arbeitsschutz.

Die Bestandteile der PSA können durch unterschiedliche Berufsgruppen und Einsatzgebiete variieren. Üblicherweise gehören dazu Schutzhandschuhe, ein Augenschutz oder Gesichtsschutz, Gehörschutz und Sicherheitsschuhe.

Das Arbeiten im Labor erfordert höchste Sorgfalt. Daher werden insbesondere an Labormessgeräte hohe Anforderungen gestellt. Gut ausgestattete Labore sind essentiell wichtig, um die Fachkräfte von morgen bestens auf berufliche Herausforderungen vorzubereiten. Beim Kauf des passenden Equipments ist darauf zu achten, dass es für den jeweiligen Anwendungsbereich und Ihre individuellen Anforderungen geeignet ist. Eine möglichst exakte Datenerfassung spielt dabei jedoch immer eine entscheidende Rolle, um eine Analyse der gesammelten Daten zu ermöglichen.

Ein weiterer Faktor für einen reibungslosen Ablauf in Forschung und Entwicklung ist die richtige Spannungsversorgung der angeschlossenen Geräte. Mit Labornetzteilen oder -geräten lässt sich die Ausgangsspannung variabel regulieren und ist dadurch in Entwicklung, Wartung und Forschung flexibel einsetzbar.

Je nach Ausführung lassen sich Labornetzteile per Regler oder sogar über einen Computer präzise steuern. Abhängig vom Modell kann es außerdem mehrere Ausgänge besitzen um unterschiedlichen Anforderungen gerecht zu werden.
Beim Arbeiten mit elektronischen Systemen müssen Messwerte wie Spannungen, Ströme oder auch Widerstandswerte ermittelt werden. Gerade in der Forschung und Entwicklung müssen die einzelnen elektronischen Bauteile auf ihre Werte hin untersucht werden, um eine anschließende Funktionsfähigkeit zu gewährleisten, was über Multimeter erfolgen kann.

Um den hohen Anforderungen an eine hohe Messgenauigkeit in Laboren gerecht zu werden, kommen auch Tisch-Multimeter zum Einsatz. Hohe Messgenauigkeit und Auflösungen, zahlreiche Messfunktionen und gut ablesbare Displays erleichtern dabei die Arbeit.
Mit Oszilloskopen lassen sich Spannungsverläufe oder Signale über einen gewissen Zeitraum hinweg betrachten. Gerade Oszilloskope mit integriertem Datalogger können eine aufschlussreiche Übersicht über Spannungsänderungen geben. Des Weiteren können auch Impulse von Sensoren oder Phasenverschiebungen zwischen Signalen gemessen werden, wobei diese Aufzählung nur ein Bruchteil der Einsatzmöglichkeiten von Oszilloskopen darstellt.

Oszilloskop ist dabei nicht gleich Oszilloskop – auch hier gibt es unterschiedlichste Ausführungen. Gerade der Wechsel von analogen auf digitale Oszilloskope bringt noch einige zusätzliche Funktionen mit sich. Hier wird beispielsweise ein analoges Messsignal digitalisiert, wodurch das Auslesen und Analysieren selbst einmaliger Vorkommnisse möglich ist.

Spätestens seit dem Schulstart ist das Thema digitaler Unterricht wieder in aller Munde. Mit Mitteln aus dem DigitalPakt wurde in den letzten zwei Jahren an vielen Bildungseinrichtungen technisches Equipment angeschafft, das nun aktiv genutzt und in den Unterricht integriert werden möchte. Auch an Motivation seitens der Lehrkräfte mangelt es nicht - was schlicht fehlt, ist die Zeit für die Konzeption neuer Unterrichtseinheiten. Hilfestellung und schnell umsetzbare Ideen für einen digital unterstützten MINT-Unterricht mit Alltagsbezug bietet das neue kostenlose Conrad Whitepaper.

Junge Tüftler*innen: Mit den Klimafressern zum digitalen Know-how

Was hat die eigene Ernährung mit dem Klimawandel zu tun? Das erfahren Kinder und Jugendliche anschaulich mit den Klimafressern – einer von vielen kostenlosen interaktiven digitalen Unterrichtsreihen der Jungen Tüftler*innen aus Berlin. „Mit unserem Angebot wollen wir Lehrkräften Arbeit abnehmen und Zeit sparen“, erklärt Dr. Julia Kleeberger, eine der beiden Gründerinnen der Jungen Tüftler*innen.

Bereit für den Einsatz im Klassenzimmer: Bionik spielerisch begreifbar machen

„Greifen wie ein Fisch“ heißt die Unterrichtsreihe, für die Petra Carbon 2021 mit dem Science-on-Stage-Preis ausgezeichnet wurde. Im Whitepaper spricht sie über ihre Motivation und Inspirationsquellen, verrät ihre digitalen Lieblings-Bionik-Tools und gibt praktische Tipps für eine kreative und interaktive MINT-Unterrichtsgestaltung.

Von interaktiven Tafeln bis zum voll augestatteten Makerspace

Gemeinsam mit unserem Partner Hohenloher bringen wir innovative Raumkonzepte mit optimaler technischer Ausstattung zusammen. Wir bieten Schulträgern, Ausbildungsbetrieben, Medienzentren und Hochschulen langfristig einen Full Service bei der innovativen Umsetzung ihrer Lernkonzepte.

Schulungen, didaktisches Material, Unterrichtsgestaltung

Professionelle Weiterbilung für digitale Unterrichtsgestaltung

Mit der Conrad Academy bieten wir Ihrem Kollegium ein umfangreiches Angebot an Schulungen, u.a. zu LEGO® Education und fischertechnik Education. Zusätzlich bieten wir gemeinsam mit den Herstellern didaktisches Material für den lehrplangerechten, digitalen Unterricht.