Experimentalvortrag und Praktikum

Der Energiebegriff ist bei den Schülerinnen und Schülern geprägt von Fehlvorstellungen im Zusammenhang mit Alltagserfahrungen, Alltagssprache, Werbung sowie mehr oder weniger rudimentären Kenntnissen aus dem Physikunterricht. Im Vortrag soll gezeigt werden, an welchen Stellen im Chemieunterricht nach dem Konzept "Chemie fürs Leben" der Energiebegriff thematisiert und möglichst Fehlvorstellungen aufgegriffen und abgebaut werden können. Dazu zählen beispielsweise in der Sekundarstufe I der Blick auf unterschiedliche Energieformen und Energieumwandlungen, die Aggregatzustandsänderungen und die chemische Reaktion sowie Darstellungen durch Energiediagramme. In der Sekundarstufe II werden dann alltagsrelevante Fragestellungen zum Ausgangspunkt auch quantitativer Betrachtungen, die letztlich zu einer leicht nachvollziehbaren qualitativen Ableitung der Gibbs-Helmholtz-Gleichung führen. Zu allen Aspekten werden einfach durchzuführende Experimente gezeigt, mit denen man die unterschiedlichen Aspekte möglichst eindrucksvoll und mit guten Ergebnissen veranschaulichen kann.

Experimentalvortrag und Praktikum

Vortrag:

Es wird ein alternativer Weg von der Einführung der Teilchenvorstellung bis zum differenzierten Atommodell vorgestellt, der im Gegensatz zum häufig gewählten Unterrichtsgängen zu dieser Thematik lediglich die Schritte "Einführung eines Teilchenmodells", "Dalton'sches Atommodell" und als differenziertes Atommodell das "Kugelwolkenmodell" umfasst. Zum ersten Schritt werden basierend auf Schüler-Fehlvorstellungen ein alternativer Zugang und dazu passende Experimente präsentiert. Im Zusammenhang mit der Einführung des Dalton'schen Atommodells wird gezeigt, wie man, unterstützt durch einfache Versuche, chemische Formeln einführen kann. Dabei erfolgt der Zugang zu den Formeln ohne Umweg über die Massenverhältnisse unmittelbar zum Teilchenzahlenverhältnis, welches in einer chemischen Formel zum Ausdruck kommt. Als differenziertes Atommodell wird schließlich das einfache, aber sehr anschauliche, erklärungsmächtige und anschlussfähige "Kugelwolkenmodell" sowie ein dazu entwickeltes, interaktives 3D-Programm vorgestellt.

Praktikum:

Im Anschluss daran haben die teilnehmenden Lehrkräfte die Gelegenheit, eine Reihe von neuen und interessanten Versuchen zur Teilchenvorstellung durchzuführen sowie das interaktive 3D-Programm zum Kugelwolkenmodell selbst auszuprobieren.

Experimentalvortrag und Praktikum

Im Rahmen dieses Vortrages sollen ein konzeptioneller Vorschlag gemacht und eine Reihe von Experimenten vorgestellt werden, wie man unter Berücksichtigung der Grundsätze des Ansatzes „Chemie fürs Leben“ den Einstieg in den Chemieunterricht gestalten und die Themen „Stoffe und Eigenschaften“, „Mischen und Trennen“ und „Einführung der chemischen Reaktion“ erarbeiten kann.

Experimentalvortrag und Praktikum

Chemie und Lebenswelt sind aus fachlicher Sicht zwei untrennbar miteinander verbundene und in ständiger Wechselwirkung stehende Bereiche. Aus Sicht der Schülerinnen und Schüler insbesondere der Sekundarstufe I wird diese Verbindung im derzeitigen Chemieunterricht kaum deutlich. Mit “Chemie” befassen sie sich nicht aus Interesse, sondern nur weil es der Lehrplan so vorsieht. Um die Akzeptanz und damit auch den Erfolg des Chemieunterrichts zu verbessern ist es erforderlich, die Verknüpfung von Chemie und Lebenswelt wesentlich deutlicher als bisher herauszustellen.
 
Bei der Umsetzung dieses Anliegens trifft man aber auf zwei große Probleme:

1. Stoffe aus dem Alltag sind aus fachlicher Sicht häufig der Organischen Chemie zuzuordnen. Die derzeitigen Lehrpläne sehen aber die Behandlung der Organischen Chemie erst gegen Ende der Sekundarstufe I oder gar in der Sekundarstufe II vor.
2. Stoffe aus dem Alltag sind in ihrer Zusammensetzung und Wirkungsweise häufig zu komplex, um sie unter Berücksichtigung der Kenntnisse und Fähigkeiten der Schülerinnen und Schüler auch auf formaler Ebene im Chemieunterricht der Sekundarstufe I zu behandeln.

 
Diese Probleme lassen sich lösen, wenn man zum einen die bisher “starren” Grenzen zwischen Anorganischer und Organischer Chemie aufbricht und in der Sekundarstufe I eine “allgemeine” Chemie unterrichtet. Zum anderen muss man bereit sein, Experimente zunächst auf einer eher phänomenologisch orientierten Ebene deuten zu lassen. Dadurch lassen sich erheblich mehr Experimente mit Stoffen aus dem Alltag durchführen und die gewünschte Verknüpfung zwischen Chemie und Lebenswelt wird an vielen Stellen möglich. Anhand einer Unterrichtseinheit und dazu vorgestellten Experimenten mit Stoffen aus dem Alltag zum Thema Säuren, Laugen und Salze wird gezeigt, dass daraus keineswegs ein oberflächlicher Chemieunterricht resultieren muss, sondern dass man sehr wohl problemorientiert vorgehen und grundlegende Prinzipien der Chemie herausarbeiten kann.

Experimentalvortrag und Praktikum

Es wird eine Unterrichtskonzeption mit einer Reihe von Experimenten vorgestellt, bei der es im Anfangsunterricht um die Erarbeitung der Oxidations- bzw. Redox-Reaktionen geht. Zum Einsatz kommen dabei so genannte Oxi-Reiniger, aus denen sich auch in trockenem Zustand nennenswerte Mengen Sauerstoff freisetzen lassen. Sie stellen damit nicht nur eine interessante Alternative zur Erzeugung von Sauerstoff aus Kaliumpermanganat oder Wasserstoffperoxid dar, sie lassen sich auch unmittelbar in vielen Schülerexperimenten direkt einsetzen.

Experimentalvortrag und Praktikum

Das grundsätzliche Anliegen des Ansatzes „Chemie fürs Leben“ wird im Rahmen der Fortbildung am Beispiel der Einführung der Oxidations-, Reduktions- und Redox-Reaktionen konkretisiert. Ausgehend von Verbrennungsvorgängen im Alltag werden die Reaktion mit Sauerstoff, der Nachweis von Reaktionsprodukten, das Gesetz der Erhaltung der Masse und auch verschiedene Reaktionsbedingungen möglichst mit Stoffen aus der Lebenswelt der Schülerinnen und Schüler erarbeitet, ohne dabei die „klassischen“ Experimente mit Metallen völlig auszuklammern. Über den Einsatz von „Oxi-Reinigern“ als Sauerstoffquelle ergeben sich dabei auch Möglichkeiten zu ersten quantitativen Untersuchungen. Das Entstehen und Löschen von Bränden führt schließlich zur Einführung der Reduktions- und Redox-Reaktionen bis hin zur Demonstration eines einfachen Hochofen-Modells

Experimentalvortrag und Praktikum

Im Rahmen der Fortbildung wird den Teilnehmerinnen und Teilnehmern zunächst vorgestellt, wie man anhand einfacher und handelsüblicher Batterien sowie einer Reihe von Experimenten damit zu einer Erweiterung des Redox-Begriffes vom Sauerstoffumsatz zum Elektronenübergang kommen kann. Vertieft und erweitert werden diese Kenntnisse dann an verschiedenen Beispielen wie der Brennstoffzelle, der Behandlung von Flecken (Farbstoffen) mit oxidierenden und reduzierenden Bleichmitteln oder auch der Oxidation von Kupfer und der Reduktion von Kupferionen mit handelsüblichen Reinigungsmitteln.

Experimentalvortrag und Praktikum

Ausgehend von dem Phänomen, dass auch eine Kartoffel „den elektrischen Strom leiten“ kann, wird im Rahmen des Vortrages mit einer Reihe von anschaulichen und teilweise verblüffenden Experimenten gezeigt, wie man ausgehend von zu beobachtenden stofflichen Veränderungen problemorientiert die eigentlichen Vorgänge beim Ladungstransport in einem Elektrolyten erarbeiten kann. Unter anderem kommt dabei auch das klassische, von uns so genannte, „Hittdorf- Experiment“ in neuem einfachen Gewand zum Einsatz. Diese Erkenntnisse aufgreifend werden einige Elektrolyseverfahren, die zu beobachtenden Stoffumsätze und die beeinflussenden Parameter näher untersucht. Dabei wird auch das Phänomen der Überspannung thematisiert und gezeigt, wie man in einfachen Experimenten sowohl zu qualitativen als auch zu quantitativen Aussagen kommen kann. Basierend auf den Ergebnissen empirischer Untersuchungen zu Fehlvorstellungen von Schülerinnen und Schülern im Zusammenhang mit Themen aus dem Bereich der Elektrochemie wird einen neue Konzeption zur Erarbeitung wesentlicher Grundlagen vorgestellt.
Im Anschluss haben die Teilnehmer die Gelegenheit eine ganze Reihe neuer und zum Teil verblüffender Experimente selbst auszuprobieren.

Auf Basis der Konzeption „Chemie fürs Leben“ wird eine Unterrichtseinheit vorgestellt, nach der man in die Organische Chemie in der Sekundarstufe I unter Berücksichtigung eines hohen Lebenswelt- und Alltagsbezug einführen kann. Dabei erfolgt der Einstieg nicht auf dem klassischen Weg über die Alkane, Alkene und Alkine, sondern über den „Trinkalkohol“ und die Stoffklasse der Alkohole. Dadurch ergeben sich, abgesehen von dem Lebensweltbezug, gerade zu Beginn der Einheit auch deutlich mehr Gelegenheiten für (Schüler-)Experimente, von denen einige demonstriert werden. Aber auch bei den anderen Stoffklassen wird immer wieder der Lebensweltbezug gesucht, ohne die Vermittlung der fachlich relevanten Inhalte zu vernachlässigen. Bei einer ganztägigen Veranstaltung haben die Teilnehmerinnen und Teilnehmer anschließend im Rahmen eines Praktikums die Gelegenheit, einige der neu entwickelten Experimente zu dieser Thematik selbst auszuprobieren.

Zu Beginn erfolgt eine kurze Einführung in die grundsätzlich vorgeschlagene Vorgehensweise bei der Konzeption inklusiver Lehr- und Lernsequenzen und eine Erläuterung für die Auswahl der Kernthemen. Danach werden den Teilnehmer:innen zu dem Schlüsselthema „Einführung der Teilchenvorstellung" der  Unterrichtsgang und für ausgewählte Experimente neu entwickelte, gestufte Hilfen vorgestellt.

Zu Beginn erfolgt eine kurze Einführung in die grundsätzlich vorgeschlagene Vorgehensweise bei der Konzeption inklusiver Lehr- und Lernsequenzen und eine Erläuterung für die Auswahl der Kernthemen. Danach werden den Teilnehmer:innen zu dem Schlüsselthema „Einführung der chemischen Reaktion" der  Unterrichtsgang und für ausgewählte Experimente neu entwickelte, gestufte Hilfen vorgestellt.

Das spannende und zugleich bedeutsame Thema "Feuer" ist mit zahlreichen Experimenten und begleitenden Arbeitsblättern aufbereitet worden, die in den Jahrgangsstufen 3/4 (Sachunterricht), 5/6(NaWi-Unterricht) und 7/8 (Chemieunterricht) flexibel eingesetzt werden können. Folgende Lerninhalte stehen im Mittelpunkt:

• Voraussetzungen, die gleichzeitig erfüllt sein müssen, damit ein Brand entsteht (Brennstoff, Entzündungstemperatur, Luft/Sauerstoff); "Branddreieck"
• Zerteilungsgrad von Stoffen als Bedingung für das Entstehen von Bränden
• Löschen von Bränden
• Wie funktioniert eine Kerze?

Aufgrund ihrer Alltagsbedeutung werden bei den Experimenten neben festen auch flüssige und gasförmige Brennstoffe wie Spiritus, Benzin und Feuerzeuggas untersucht. Es soll auf Gefahren aufmerksam gemacht und der sichere Umgang geübt werden. Unwissenheit und unachtsamer Umgang mit diesen Alltagsstoffen sind leider immer noch Ursache für viele Brandunfälle.

Je nach Kenntnisstand der Schüler lassen sich auch Lerninhalte wie Stoffeigenschaften, Zustandsänderungen oder Teilchenmodell sinnvoll anwenden. Nach einem kurzen Einführungsvortrag, können die Teilnehmer im anschließenden Workshop alle Experimente ausprobieren. Die meisten eignen sich als Schülerexperimente und lassen sich mit einfachen und kostengünstigen Alltagsmaterialien durchführen. Problemorientiertes, forschendes und selbstständiges Lernen soll Ihre Schüler nicht nur für das Thema Feuer erwärmen, sondern Neugier und Lust am Erkunden weiterer vor allem physikalisch-chemischer Phänomene wecken bzw. erhalten.

Zeit: 3 Stunden

Raum: bei 20 Teilnehmern zwei Räume sinnvoll, da einige Experimente doppelt aufgebaut werden (29   Arbeitsplätze inklusive Laptopstationen)

Luft und Kohlenstoffdioxid sind allgegenwärtig und spielen in unserem Leben eine bedeutsame Rolle. Auf der anderen Seite sind sie als gasförmige und optisch nicht wahrnehmbare Stoffe für Schüler - im wahrsten Sinne des Wortes - schwer begreifbar. Daraus ergeben sich eine Reihe von Verständnisschwierigkeiten und Fehlvorstellungen. Diese Fehl- bzw. Schülervorstellungen in Bezug auf Gase sind u.a. eine wesentliche Ursache für die Probleme im Chemieunterricht.

Deshalb und aufgrund der Alltagsbedeutung ist es sinnvoll, Luft und Kohlenstoffdioxid als erste Beispiele für gasförmige Stoffe frühzeitig im naturwissenschaftlichen Unterricht zu behandeln. Dazu sind zahlreiche Experimente mit begleitenden Arbeitsblättern entwickelt worden, die in den Jahrgangsstufen 3/4 (Sachunterricht), 5/6 (NaWi-Unterricht) und 7/8 (Chemieunterricht) flexibel eingesetzt werden können. Mit Fragen wie

"Warum steigt ein Heißluftballon nach oben?",

"Wie funktionieren ein Flaschenteufelchen und ein U-Boot?",

"Warum sprudelt es beim Auflösen von Brausetabletten?",

"Wie funktioniert ein Kohlenstoffdioxid-Feuerlöscher?",

"Warum geht der Kuchenteig auf?"

sollen die Schüler problemorientiert, forschend und selbstständig lernen können. Je nach Kenntnisstand der Schüler können einige Experimente auch genutzt werden, um das Teilchenmodell oder die Dichte einzuführen bzw. anzuwenden. Dazu finden sich auf den entsprechenden Arbeitsblättern konkrete und teilweise differenzierte Aufgabenstellungen. Darüber hinaus lässt sich bei Bedarf den Schülern auf erstaunlich einfache Art und Weise zeigen, dass es sich beim Verbrennen einer Kerze und beim Auflösen einer Brausetablette um chemische Reaktionen handelt, bei denen eine Stoff- und Energieumwandlung stattfinden.

Nach einem kurzen Einführungsvortrag, können die Teilnehmer im anschließenden Workshop alle Experimente ausprobieren. Die meisten eignen sich als Schülerexperimente und lassen sich mit einfachen und kostengünstigen Alltagsmaterialien durchführen.

Zeit: 3-4 Stunden

Raum: bei max. 24 Teilnehmern zwei Räume sinnvoll (30 Arbeitsplätze inklusive Laptopstationen)

"Natürliche Reiniger und Kosmetik sind frei von Chemie" Diesem Mythos wollen wir in der Fortbildung auf den Grund gehen. Gemeinsam werden herkömmliche und "natürliche" Wasch- und Putzmittel sowie Kosmetika unter die Lupe genommen, Inhaltsstoffe ermittelt und deren Funktion in dem Produkt geklärt. Anschließend können die Teilnehmenden einzelne Produkte mit wenigen Chemikalien selbst herstellen und so dem Irrglaube das Chemie in Kosmetik, Waschmittel und Putzmittel im Haushalt gefährlich ist und nur durch natürliche Stoffe ersetzt werden kann entgegen wirken.