Unterrichtsmaterialien Chemische Reaktion: Ganze Werke
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Chemie
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Weihnachten
Weihnachtsstimmung im Chemieunterricht? Die Experimente dieses Themenheftes sollen Ihnen zeigen, wie Sie das Thema „Weihnachten“ in den Chemieunterricht integrieren können und Ihnen Anregungen liefern, wie Sie im Chemieraum eine weihnachtliche Stimmung erzeugen können. Die Experimente lassen sich aber auch außerhalb der Weihnachtszeit im Unterricht durchführen und im Rahmen verschiedener Unterrichtseinheiten einsetzen.
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Organische Chemie
Die organische Chemie ist – bezogen auf den Chemieunterricht – sicherlich der abwechslungsreichste Teilbereich der Chemie. Sie ist besonders geeignet, Chemie im Alltag sichtbar zu machen, vor allem durch das Experimentieren mit Haushaltschemikalien, Lebensmitteln und Werkstoffen. Mit den Umstrukturierungen der allgemeinbildenden Schulen sowie der Einführung von Kerncurricula stehen die Fachkollegien nun vor einer großen Herausforderung: Der Umsetzung der neuen, offeneren Vorgaben in neu zu formulierende, schulinterne Lehrpläne. Damit ist die große Chance verbunden, die Inhalte der organischen Chemie zu überdenken: Welche Themen sind für ein grundlegendes Verständnis der organischen Chemie wichtig und gleichzeitig so alltagsnah, dass sie motivierend wirken? Wie kann man die für die Jugendlichen spannenden Themen so einbinden, dass sie nicht erst am Schuljahresende behandelt werden? Gerade die organische Chemie bietet eine Vielzahl möglicher Zugänge, alternativ zu den Themen „Alkane“ oder „Destillation von Erdöl“; welcher Zugang ist für unser schulisches Umfeld besonders geeignet? Mit den neuen Curricula ist also die Chance verknüpft, die organische Chemie der Sekundarstufe I zu überdenken und neu zu strukturieren. Dieses Themenheft möchte Ihnen Anregungen für eine neu gedachte organische Chemie geben und die Bandbreite an inhaltlichen und methodischen Möglichkeiten aufzeigen, die im Unterricht umgesetzt werden können.
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Sprache im Chemieunterricht
„Sprache im Chemieunterricht“ weckt viele Assoziationen: Die einen erinnern sich an ihre Schulzeit und an meist knappe Lehrer- Schüler-Wortwechsel, die anderen – die „vom Fach“ – denken meist gleich an Formeln und Reaktionsgleichungen, an die Fachsprache der Chemie eben. Dass es dazwischen noch viel mehr gibt, darauf hat uns zuletzt noch einmal nachdrücklich PISA aufmerksam gemacht: dass die Verknüpfung von Elementsymbolen zu Formelgleichungen nur den abstraktesten (und mächtigsten) Code der Chemie darstellt, dass fachspezifische Abbildungen und Graphen in jedem Fach eigene Charakteristiken entwickeln, dass sich das Lesen von Fachtexten im naturwissenschaftlichen Unterricht nicht im Entziffern von Buchstaben erschöpft. Wie anders aber als durch die gesprochene Sprache könnten wir unsere Schülerinnen und Schüler hinführen zu einem Verständnis all dieser Codes? Nicht zufällig formulierten die Bildungsstandards den Kompetenzbereich Kommunikation und riefen uns damit die deren Bedeutung ins Bewusstsein. Über die Sache sprechen, in der Sprache des Alltags zunächst, um dann die fachlichen Begriffe und Modelle mit Leben – sprich Verstehen – füllen zu können. „Literacy“ in diesem umfassenden Sinn ist eine zentrale Aufgabe für den Chemieunterricht, Voraussetzung zum Verstehen und zugleich selbst Ziel; welche Möglichkeiten es gibt, diesem Ziel zumindest näher zu kommen (und auch welche Schwierigkeiten), davon handeln die Beiträge in diesem Heft.
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Basiskonzepte aufbauen
Vielleicht werden Sie sich fragen, warum „Basiskonzepte“ als Heftthema? Haben wir nicht – gerade vor einem Jahr – schon die Kompetenzorientierung erörtert? War das nicht schon genug an Reverenz für die neuen Bildungsstandards? In der Tat bedarf es einer Begründung für diese Wahl, und dabei kann es nicht nur darum gehen, äußeren Bedingungen wie neuen Rahmensetzungen Genüge zu tun. Welche Absicht verfolgen Herausgeber und Redaktion also mit einem Thema „Basiskonzepte“? Zunächst einmal, und dies wird im Heft an verschiedenen Stellen ausführlicher thematisiert, sind Basiskonzepte für den Chemieunterricht keineswegs etwas Neues. Erstmals diskutiert in den 70er Jahren während der Auseinandersetzung mit angloamerikanischen Reformansätzen für den naturwissenschaftlichen Unterricht haben sie längst Eingang gefunden in Lehrpläne und Richtlinien, und zuletzt eben auch in die Bildungsstandards. Hier allerdings bilden sie, zusammen mit den zu entwickelnden Kompetenzbereichen, eine der beiden Säulen zum Aufbau einer belastbaren und alltagstauglichen naturwissenschaftlichen Grundbildung. Und genau hier lässt sich auch der mögliche Nutzen wenn nicht erkennen, so doch vielleicht „herausdestillieren“: Basiskonzepte sollen und können den Umgang mit den Inhalten des Faches strukturieren helfen. Das gilt sowohl für Sie als Unterrichtende wie auch für Ihre Schülerinnen und Schüler. Die Basiskonzepte sollen die Herausbildung mentaler Strukturen fördern, etwa in dem Sinn, dass eine Schülerin am Ende der Mittelstufe in der Lage ist, mit Hilfe solcher Strukturen angemessene Instrumente zur Betrachtung und Bearbeitung eines Problems zu finden und schließlich erfolgreiche Strategien zur Lösung des jeweiligen Problems anzuwenden. Was wir Ihnen mit diesem Heft anbieten, sind Beispiele und Vorschläge zur Akzentuierung, und zwar Akzentuierung in dem Sinn, dass an einigen Themen gezeigt wird, wie im jeweiligen Zusammenhang ein Basiskonzept eine besondere Bedeutung gewinnen kann. Nicht dass man die Basiskonzepte im täglichen Unterricht wirklich streng trennen könnte. Aber das Herausstellen des einen oder anderen Konzeptes soll einerseits Ihre Bemühungen um einen konstruktiven Umgang mit den Bildungsstandards unterstützen, zum anderen bei den Lernenden dazu beitragen, die großen Linien bewusst zu machen, um Wissenselemente sinnvoll einordnen zu können.
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Kompetenzen entwickeln
Noch gibt es keine Tests, mit denen überprüft werden kann, ob unsere Schülerinnen und Schüler die mit den Bildungsstandards gesetzten Ziele tatsächlich erreichen. Aber die Botschaft der Standards können wir schon jetzt für unseren Unterricht fruchtbar werden lassen. Präziser als frühere Lehrpläne beschreiben sie, welche Kompetenzen die Lernenden eigentlich im Verlauf des naturwissenschaftlichen Unterrichts erwerben sollen. Die Beiträge dieser Ausgabe von Unterricht Chemie stellen den Versuch dar, Akzente im Sinn der vier Kompetenzfelder „Fachwissen“, „Wissenserwerb“, „Kommunikation“ und „Bewertung“ zu setzen – wohl wissend, dass eine scharfe Trennung kaum möglich ist. Bei aller Unterschiedlichkeit der vorgestellten Themen ist den Praxisberichten aber eines gemeinsam: Alle Autoren haben die mit den Bildungsstandards entfaltete neue Sicht auf den Chemieunterricht genutzt, um zunächst für sich selbst und dann auch für ihre Schülerinnen und Schüler zu klären, mit welchem Ziel unterrichtet und gelernt werden soll. Wir hoffen, dass die – zum Teil sicher noch präzisierungsbedürftigen – Ideen von einem kompetenzorientierten Chemieunterricht auch Ihnen Anregungen vermitteln können, zum Nutzen einer fachlich fundierten und zugleich alltagsrelevanten naturwissenschaftlichen Grundbildung heutiger und künftiger Schülergenerationen.
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Wolfram – Experimentieren im Anfangsunterricht
Den meisten von Ihnen ist das Element Wolfram vermutlich als Material für den Lampendraht ein Begriff. Im Chemieunterricht spielt das exotische Metall bisher nur eine untergeordnete Rolle. Wenn man sich aber mit dem Metall und seinen Verbindungen auseinandersetzt, dann merkt man sehr schnell, dass seine besonderen Eigenschaften wie die hohe Dichte, der niedrige Schmelzpunkt, die farbigen Verbindungen und auch die alltäglichen Anwendungen faszinieren und das Interesse der Schülerinnen und Schüler wecken. In diesem Themenheft finden Sie Anregungen und fertige Unterlagen für Ihren Unterricht. Neben einer ausführlichen Beschreibung des historischen Weges des Metalls wird auch die Problematik des Recyclings von wolframhaltigem Schrott erörtert. Die Beiträge zur experimentellen Schulchemie umfassen einen Kreislauf des Scheelits aus historischer Sicht, die Dichtebestimmung von Wolframpulver, die Darstellung des Metalls aufgrund der unterschiedlichen Sauerstoffaffinität der Reduktionsmittel, die Bestimmung der Bildungsenthalpie von Wolfram(VI)-oxid und die Herstellung der eindrucksvollen Wolframbronzen auf den Spuren des Chemikers Friedrich Wöhler. Lassen Sie sich von diesem besonderen Metall faszinieren.
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Enzyme
Enzyme sind die lebenswichtigen Motoren für Stoffwechselvorgänge, ohne die katabolische und anabolische Vorgänge nicht stattfinden würden. Im Chemieunterricht sind die Enzyme nicht nur auf Grund ihrer Eiweißnatur ein klassisches Thema der Proteinchemie, sondern es ergeben sich durch die Substrat- und Wirkungsspezifität weitere Verknüpfungen zu anderen Themen des Faches Chemie, z. B. zu verschiedenen Substanzklassen oder Reaktionstypen. Aus dieser Vielfalt gilt es auszuwählen: Bei der Konzeption dieses Heftes wurde auf innovative und anwendungsbezogene Beispiele gesetzt, die Anregungen für einen Experimentalunterricht bieten. So werden beispielsweise das Enzym Invertase und der Enzymkomplex Emulsin vorgestellt. Mit den Themen Enzyme in Nahrungs(ergänzungs)-, Arznei- und Waschmitteln eröffnen sich interessante Anwendungsbezüge. Dadurch wird die Leitlinie „Stoff – Struktur – Eigenschaften“ um den Aspekt der Verwendung/Anwendung erweitert. Auch auf die Frage nach Methoden zur Isolierung des aktiven Enzyms lässt sich in diesem Heft eine Antwort finden. Und last but not least wird mit dem Beispiel der Immobilisierung von Enzymen ein hoch aktuelles Forschungsthema für den Chemieunterricht aufbereitet. Dieses Heft vermittelt Ihnen so die wichtigsten Grundlagen für den Fachunterricht und gewährt Ihnen außerdem einen Blick über den Tellerrand.
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Luft – das Zaubergas
Luft – das Zaubergas
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Energie bei chemischen Reaktionen
Es ist hinreichend bekannt, dass chemische Umsetzungen immer auch mit energetischen Phänomenen verbunden sind. Häufig werden solche Reaktionen ausschließlich wegen der dabei frei werdenden Wärmeenergie durchgeführt. So dienen in Mittel - und Nordeuropa Verbrennungsprozesse (Oxidation von organischen Brennstoffen) in großem Ausmaß zum Heizen von Wohnungen, Büroräumen und Produktionstsätten sowie zur Aufrechterhaltung des Verkehrs. Auch als Prozesswärme in der Industrie (z.B. in Hochöfen und bei chemischen Umsetzungen) wird Energie benötigt. Es ist deshalb begreiflich, dass nach alternativen Energien gesucht wird, um die Abhängigkeit von fossilen Brennstoffen weitgehend zu unterbinden. Der Zusammenhang von stofflichen Umsetzungen mit den gleichzeitigen Erscheinungsformen der Energie bereitet erfahrungsgemäß Schwierigkeiten. In diesem Heft werden deshalb sowohl klassische Aspekte der Energie bei chemischen Reaktionen (z.B. in den Basisartikeln), als auch moderne Entwicklungen der Energiespeicherung angesprochen. Gerade der letztgenannte Gesichtspunkt ist Gegenstand der heutigen Forschung. Einige interessante Ergebnisse dieser Entwicklung werden hier im Kontext mit schulgerechten, einfachen Experimenten vorgestellt. Wir wünschen Ihnen viel Spaß und Energie bei der Betrachtung der energetischen Aspekte bei chemischen Reaktionen.
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Kooperativ lernen
Als der Bildungsforscher A. Helmke kürzlich gefragt wurde, ob er denn sagen könne, was guten Unterricht ausmacht, stellte er in seiner Antwort die Bedeutung des Methodenmix heraus. „Unterschiedliche Lernziele erfordern unterschiedliche Lehr- und Lernmethoden“, so Helmke. Auf Gruppenarbeit angesprochen charakterisierte er diese als sehr effiziente Lernform, die aber viel zu selten richtig eingesetzt würde: Offenbar fiele es Lehrerinnen und Lehrern schwer, nur zuzuschauen, wenn Schülerinnen und Schüler selbstständig arbeiten – was man andererseits ja gerade fördern wolle. Man kann vermuten, dass dieses Nicht- Zuschauen-Können oft mit eigenen negativen Erfahrungen zu tun hat und mit dem Gefühl, am Ende würden die Schüler nicht genug lernen. Die mit diesem Heft vorgestellten Spielarten kooperativen Lernens setzen genau an diesem Punkt an: Mit klaren Formen und eindeutigen Regeln definieren sie einen Rahmen für das selbstständige Lernen, innerhalb dessen sich die Schüler sowohl mit der Sache wie mit ihren Mitschülern zielgerichtet und konstruktiv auseinandersetzen können. Die Beispiele, allesamt im Chemieunterricht erprobt, sollen Ihnen auf einem ähnlichen Weg Mut machen – und Ihren Schülerinnen und Schülern selbst die Erfahrung ermöglichen, dass Kooperation mehr bedeutet, als zusammen vor einem Arbeitsblatt zu sitzen, dass eine Gruppe auch Sicherheit geben kann und dass ein gemeinsam erreichtes Ziel und die gewonnenen Einsichten erfüllend sein können.
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