Unterrichtsmaterialien Chemische Reaktion: Ganze Werke
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Chemie
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Chemischer Katalysator
Katalysatoren lösen chemische Reaktionen aus, die ohne sie nicht oder nur sehr langsam ablaufen würden. Dabei reagieren sie selbst nicht mit, sondern setzen nur die benötigte Aktivierungsenergie herunter. Der Film veranschaulicht diesen Ablauf an einem Wasserstoff-Sauerstoff-Gemisch, dem Platin hinzugefügt wird.
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Kohlenstoffkreislauf
Der globale Kohlenstoffkreislauf gliedert sich in den geologischen und den biologischen Kohlenstoffkreislauf. Der Film erklärt beide Abläufe, zeigt die Unterschiede und Verbindungen auf und weist auf die Risiken der Verbrennung fossiler Brennstoffe hin, die empfindliche Gleichgewichte stört.
Gesamtwerk
Merkmale chemischer Reaktionen
Bei chemischen Reaktionen werden aus Edukten neue Produkte mit anderen Eigenschaften. Der Film erklärt, was Synthese ist, und beschreibt das Gesetz der Erhaltung der Masse. Die energetischen Veränderungen werden betrachtet und es wird herausgearbeitet, was exotherme und endotherme Reaktionen ausmacht.
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Gesamtwerk
Redoxreaktion
Wenn Oxidation und Reduktion gleichzeitig ablaufen, spricht man von Redoxreaktionen. Diese sind, wie der Film zeigt, besonders wichtig für die Gewinnung von Metallen aus Metalloxid. Es wird erklärt, was Oxidationsmittel und Reduktionsmittel sind und warum edle Metalle nicht leicht mit Sauerstoff reagieren.
Gesamtwerk
Comics, Cartoons & Co.
ein ganzes Themenheft über Comics, Cartoons und Co. – so etwas passt doch gar nicht zur „harten“ Naturwissenschaft Chemie, werden Sie nun vielleicht denken. In der Tat führen die mit Geräuschworten wie „Zing“, „Bumm“, „Peng“ und Sprechblasen gespickten Geschichten aus Einzelbildern im Chemieunterricht im Vergleich zu Fächern wie Deutsch, den Fremdsprachen oder Geschichte eher ein Schattendasein. Zu Unrecht, wie nicht nur wir finden. Im Unterricht geht es darum, Fachinhalte und -methoden möglichst lernwirksam und nachhaltig zu vermitteln. Das heißt auch, ihnen eine Dramaturgie zu geben, sie zu inszenieren. Comics und Cartoons können hier ein probates Mittel dafür sein. Sie lassen sich in nahezu jede Phase des Unterrichts integrieren und sinnvoll nutzen, um gezielt Lernanlässe zu schaffen, in denen es insbesondere um die Visualisierung von Abläufen geht. Um einen Comic richtig zu lesen, müssen Schülerinnen und Schüler die Fähigkeit entwickeln, visuelle Botschaften zu interpretieren und bildhafte Sprache in verbale Sprache zu übersetzen et vice versa – eine Fähigkeit, die im Chemieunterricht viel zu wenig gefördert wird. Wenn Schülerinnen und Schüler sich den Gestaltungsprinzipien und Codes von Comics widmen und wenn sie Bildsequenzen selbst gestalten, dann sind sie schon auf dem besten Wege zu Visual Literacy. Wir hoffen, dass Sie durch die in den Basisartikeln beschriebenen Potenziale von Comics, Cartoons und den anderen vergleichbaren Methodenwerkzeugen sowie die zahlreichen Beispiele guter Praxis inspiriert werden, diese Elemente der sequenziellen Kunst, wie Comics auch bezeichnet werden, in Ihren Chemieunterricht zu integrieren.
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Modellexperimente
Ein mit Wasser bzw. Eis gefülltes Plastik-Ei kann als Modell genutzt werden, um die Drehbewegungen eines rohen und eines gekochten Eis zu vergleichen. Das bekannte Blue-Bottle-Experiment lässt sich nicht nur als Show-Versuch, sondern auch zur Veranschaulichung, der in einem Redoxsystem ablaufenden Reaktionen, einsetzen. In beiden Fällen handelt es sich um Modellexperimente. Während das erste Experiment dazu dienen soll, eine naturwissenschaftliche Fragestellung zu bearbeiten, soll der Beobachter im zweiten Fall zu Fragen angeregt werden, die schließlich zur Modellierung der gekoppelten Redoxreaktionen führen. Die Nutzung und Entwicklung von Modellen sind von jeher prägend für die Arbeitsweise in den Naturwissenschaften. Der aktive Umgang mit Modellen und Modellvorstellungen wird darüber hinaus von den Bildungsstandards für den Chemieunterricht gefordert. Mit diesem Heft möchten wir Sie anregen, das mit Modellexperimenten verbundene große didaktische Potenzial im Sinne der Kompetenzbereiche Fachwissen, Erkenntnisgewinnung, Kommunikation und Bewerten in Ihrem Unterricht wirksam werden zu lassen. Mit dem Erkennen von Analogien aus ihrem Erfahrungshorizont bei Modellexperimenten erleben Schülerinnen und Schüler den Chemieunterricht in Anwendungszusammenhängen, werden zu Transferleistungen angeleitet und können fachliche Zusammenhänge modellieren. Kurz gesagt, sie lernen Chemie – und was diese Naturwissenschaft ausmacht – besser zu verstehen.
Gesamtwerk
Biophysik
Biophysik ist ein noch junges Fachgebiet an der Schnittstelle zwischen Physik, Chemie, Biologie und Medizin. Es ist in vielen Studiengängen ein Vertiefungsfach und wird erst seit einigen Jahren als eigenständiges Studienfach in Bachelor- und Masterstudiengängen angeboten. Dieses Buch entstand an der Goethe-Universität Frankfurt als Begleitbuch zum ersten grundständigen Biophysikstudiengang. Es führt in grundlegende Konzepte der Biophysik ein und beschreibt die wichtigsten experimentellen Methoden. Bei der Behandlung dieser Konzepte werden einige Grundlagen aus Physik, Chemie und Biologie vorausgesetzt, die üblicherweise in den ersten Semestern des Studiums vermittelt werden. Aus dem Inhalt: Eigenschaften, Struktur und Funktion biologischer Polymere; Eigenschaften biologischer Membranen; Transportprozesse über biologische Membranen; Grundlagen biologischer Energiewandlung; Spektroskopische Messmethoden; Rastersondentechniken und molekulares Kräftemessen; Strahlenbiophysik.
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Grundbegriffe und Basiskonzepte
Konzepte wie „Struktur und Eigenschaften“ oder „Energieumsatz bei chemischen Reaktionen“ klingen uns längst vertraut, schon vor Entwicklung der Bildungsstandards waren sie bewährte Leitlinien für den Chemieunterricht. Aber können wir so sicher sein, dass Basiskonzepte wie diese auch bei den Schülerinnen und Schülern zu tragfähigen Vorstellungen und einer Grundlage für reflektiertes Handeln führen? Oft zeigt sich in der Praxis, dass die Verstehensschwierigkeiten sozusagen eine Etage tiefer beginnen, nämlich bei den Begriffen, die für die Bildung der Basiskonzepte Voraussetzung sind. Was aber ist ein Stoff? Was genau muss man sich – als Lernender – unter Energie vorstellen? Was bezeichnet der Begriff Element? Untersuchungen zeigen, dass genau hier die Probleme beginnen, etwa weil Alltags- und Fachbegriffe miteinander konkurrieren, weil Abstraktion von lebensweltlicher Erfahrung vonnöten ist – und weil zu oft zu den Konzepten übergegangen wird, ohne diese Grundbegriffe hinreichend zu klären. Solche Klärung ist Anliegen dieses Themenheftes, auch wenn die, wie Sie schnell erkennen werden, nicht bis ins Letzte erreicht werden kann. Was wir aber hoffen erreichen zu können, ist zunächst eine Sensibilisierung dafür, dass ein sorgfältiger Aufbau von Grundbegriffen unverzichtbar ist; und ebenso, dass die Materialien, die wir Ihnen dafür anbieten, auch für Ihre Unterrichtspraxis hilfreich sein werden.
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Eisen, Kupfer, Aluminium & Co. – was steckt hinter den Metallen?
Eisen, Kupfer, Aluminium & Co. – was steckt hinter den Metallen? Wissenswertes über Metalle
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Genetik verstehen
Dieses Buch richtet sich an MedizinerInnen, NaturwissenschafterInnen, biomedizinische Fachkräfte und Interessierte, die sich einen ersten Überblick über die molekularen Grundlagen des Lebens verschaffen möchten. Es erklärt in verständlicher Form die Grundlagen der Molekularbiologie. Viele Illustrationen sollen helfen, die beschriebenen Mechanismen zu verdeutlichen und zum Verständnis beizutragen. Ein gesondertes Kapitel gibt einen Überblick über übliche Methoden in der Arbeit mit Nukleinsäuren, wobei jede Technik mit verständnisfördernden Abbildungen erklärt wird. Im Anschluss werden die vorgestellten Techniken anhand von realen Beispielen aus der molekularen Diagnostik von Erkrankungen verdeutlicht. Zuletzt geben die Autoren Einblicke in bioethische Aspekte und die rechtlichen Grundlagen für die Durchführung von genetischen Analysen.
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Das Orbitalmodell – ein Atommodell zum Verständnis chemischer Atombindungen
Bei dem folgenden Beitrag handelt es sich um eine Unterrichtseinheit zum Thema Orbitalmodell – ein Atommodell zum Verständnis chemischer Atombindungen.
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Diagnose
Pauschalurteile beruhen meist auf vorgefassten Meinungen – und werden der beurteilten Situation, der beurteilten Person in der Regel nicht gerecht. Weder muss ein Schüler dumm sein, nur weil er eine Reaktionsgleichung nicht korrekt vervollständigen kann, noch muss ein System von Unterricht und Schule schlecht sein, weil es seine Schülerschaft nicht in eine internationale Spitzenposition führt. In beiden Fällen aber besteht Handlungsbedarf. So wie sich aus den Detailauswertungen von PISA weitreichende Folgen für die Unterrichtsgestaltung im Ganzen ableiten ließen, so wichtig ist es auch, Schülerinnen und Schülern mit Verstehensschwächen, Kenntnislücken oder nur geringem Lernstrategiewissen angemessene Unterstützung anzubieten. Der Bestimmung der richtigen „Therapie“ muss jedoch erst eine halbwegs verlässliche „Diagnose“ vorausgehen, ganz wie in der Medizin. Dieses Heft stellt, gezielt für den Chemieunterricht, Instrumente unterschiedlichster Art vor, die alle versuchen, der existierenden Heterogenität der Lernenden gerecht zu werden. Die Spanne der in den Blick genommenen Aspekte reicht dabei von der bereichsspezifischen Lesefähigkeit bis hin zur Frage, welche Vorstellungen sich Schülerinnen und Schüler von Atomen oder Molekülen machen. Die Alltagstauglichkeit solcher Instrumente ist dabei Grundbedingung, wenn sie dauerhaft wirksam werden sollen. Auch wenn eine gezielte Diagnostik in Ihrem Unterricht zunächst vielleicht nur gelegentlich Raum findet – den Blick für mögliche Problemstellen und Fördermaßnahmen unterstützt sie allemal.
Gesamtwerk
Verräterische Spuren – Überführen mithilfe der chemischen Forensik
Dieser Beitrag behandelt 3 einfache Nachweisreaktionen, die auch in der Forensik angewendet werden. Die Nachweisreaktionen sind in sich abgeschlossen und somit auch getrennt voneinander einsetzbar.
Gesamtwerk
Halbfettmargarine – eine gesunde Alternative?
Die Unterrichtseinheit eignet sich in der 9./10. Klasse bzw. in der Sekundarstufe II dazu, den Zusammenhang zwischen Molekülbau und Löslichkeitseigenschaften einzuführen. Dazu sollten den Schülerinnen und Schülern polare und unpolare Atombindungen als intramolekulare sowie Wasserstoffbrücken und van-der-Waals-Kräfte als intermolekulare Wechselwirkungen bekannt sein. Die intermolekularen Wechselwirkungen können aber auch erst bei der Bearbeitung dieser Materialien eingeführt werden. Die Strukturformeln einfacher Moleküle sollten die Schülerinnen und Schüler anhand der Summenformeln zeichnen können. Dann können mit den vorliegenden Materialien die Stoffeigenschaften lipophil und -phob sowie hydrophil und -phob,
ebenso wie der Bau und die Eigenschaften von Emulgatoren erarbeitet werden.
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Schülerexperimente
Seit nunmehr 100 Jahren sind Schülerexperimente ein fester Bestandteil des Chemieunterrichts (an höheren Schulen)! Mit der bildungstheoretischen Begründung dieser Form des naturwissenschaftlichen Unterrichts durch Georg Kerschensteiner war eine grundlegende didaktische Ausrichtung gegeben. Sie war weit davon entfernt, in stereotyp ablaufenden „Übungen“ einen methodischen Selbstläufer zu sehen. Heute, etwa 100 Jahre später – nach wechselvoller Geschichte ihrer tatsächlichen Prägung des naturwissenschaftlichen Unterrichts – erleben Schülerexperimente eine Renaissance. Als auslösende Faktoren sind zu nennen: – eine mit Nachdruck geforderte naturwissenschaftliche Grundbildung für jedermann – die didaktische Bewegung „Nature of Science“ (NOS) – produktive fachdidaktische Forschung mit den Schwerpunkten „Erkenntnisweg“ und „konstruktivistisch ausgerichtetes Verständnis vom Lernen in den Naturwissenschaften“ – die Erfolgsstory von außerschulischen Lernorten, wie z. B. Schülerlaboren und Initiativen von „Forscher Ferien“ bis KEMIE Ganz im Sinne dieser Aufbruchstimmung möchte Ihnen dieses Heft neue Impulse liefern, Ihr an Organisation, Methodik und Sozialformen orientiertes Handlungswissen zu schärfen und neu auszurichten. Die einzelnen Beiträge liefern dazu neben Anregungen aus der Unterrichtspraxis auch Erkenntnisse aus der aktuellen Lehr-Lernforschung. Erst wenn die unterschiedlichen Potenziale in der Unterrichtspraxis wirksam werden, kann effektiv von einer Renaissance chemischer Schülerexperimente gesprochen werden.
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