Unterrichtsmaterialien Chemie: Ganze Werke
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Chemie
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Gesamtwerk
Alkali- und Erdalkalimetalle
Bildungsstandards einschließlich grundlegender Kompetenzbereiche wie Fachwissen, Erkenntnisgewinnung, Kommunikation und Bewertung, sind Teil der Herausforderung „Chemieunterricht neu zu denken“. Das vorliegende Heft möchte Sie darin unterstützen und anregen, das didaktische und methodische Potenzial klassischen chemischen Grundwissens produktiv im Sinne des Wortes Hartwig von Hentigs zu nutzen. Die Elemente der 1. und 2. Hauptgruppe des Periodensystems, also die Alkali- und Erdalkalimetalle, repräsentieren sowohl Grundwissen von hoher Stabilität als auch die Allianz von Erkenntnisgewinnung und Experiment. Vielfältige Anregungen zur Kommunikation werden durch Beiträge mit historischen Bezügen sowie durch die Verknüpfung von Fachunterricht mit Fremdsprachenkompetenz geliefert. Nicht zuletzt werden durch Praxisbezüge und Kontexte komplementäre Lernfelder für Ihre Schüler aufgezeigt.
Gesamtwerk
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.
Gesamtwerk
Nanochemie
Wozu Nano in der Schule? „Nano“ ist im wahrsten Sinn des Wortes in aller Munde, selbst wenn es sich nur um Zahncremes mit Nanopartikeln handelt. Das alleine aber wäre noch kein hinreichender Grund, ein weiteres Thema in das begrenzte Zeitkontingent des Chemieunterrichts in der Mittelstufe zu zwängen. Aber „Nano“ hat, wie wir Ihnen, lieber Leser, liebe Leserin, zeigen möchten, ein wirklich interessantes Potential für das Verständnis im Unterricht: Zum einen gibt es überraschend Vieles, was Schülerinnen und Schüler selbst ausprobieren können, zum anderen könnte die Auseinandersetzung mit „Nano“ dazu beitragen, das Verständnis von Modellen, mit deren Hilfe wir viele makroskopische Erscheinungen auf Teilchenebene interpretieren, zu festigen und deutlich weiter zu differenzieren. Insbesondere der Zusammenhang von Struktur und Eigenschaften erscheint durch das eine oder andere Experiment in ganz neuem Licht. „Nano“, die „vernachlässigte Dimension“, wie Wolfgang Ostwald (1913) sie charakterisiert hat, ist so in der Lage, die Lücke zwischen der Betrachtung einzelner Atome oder Moleküle und den großen Stoffportionen zu schließen, und erlaubt darüber hinaus eine Fülle praktischer und zugleich spannender Zugangsweisen. Lassen Sie sich davon faszinieren und Ihre Klassen ebenso!
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Gesamtwerk
Konzentrationen und Anteilsangaben - Grundlagen, Beispiele und Anwendungen
Der Beitrag enthält einige Anleitungen zur Erarbeitung der wichtigsten Konzentrations- bzw. Anteilsangaben. Die Anleitungen sind bewusst so ausgelegt, dass sie einzeln und unabhängig voneinander eingesetzt werden können. Alternativ lassen sie sich aber auch (nach entsprechender Anpassung) zu einem Gruppenpuzzle oder Lernzirkel zusammenfassen.
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Analytische Verfahren zur Konzentrationsbestimmung: Neutralisations-, Leitfähigkeits- und Redoxtitration (Sek II)
Analytische Verfahren zur Konzentrationsbestimmung: Neutralisations-, Leitfähigkeits- und Redoxtitration (Sek II)
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"Riecht beerenstark!" -ein Lernzirkel über Duschgels und ihre Inhaltsstoffe
Nach dem Sport werden sie oft als „Statussymbol“ präsentiert: Prestigeträchtige Duschgels stehen bei Mädchen und Jungen hoch im Kurs. Für die Schülerinnen und Schüler können sie eine hohe persönliche Bedeutung haben. Der Lernzirkel „Duschgels“ greift diesen lebensnahen und alltagsorientierten Kontext auf und nimmt Bezug auf wesentliche Inhalte des Chemieunterrichts der Sekundarstufe I. Der Lernzirkel befasst sich mit zwei Gruppen von Inhaltsstoffen: Den Tensiden, denn sie sind für die Deutung der Waschwirkung unerlässlich. Den Duftstoffen, denn der Duft eines Duschgels ist ein wichtiges Kriterium für die Kaufentscheidung. Zentrales Thema des Lernzirkels ist die Schulung des Struktur-Wirkungs-Denkens. So können bereits vorhandene grundlegende Kenntnisse in der Organischen Chemie bei der Deutung der Waschwirkung mit dem Streichholzmodell angewendet werden. Die Theorie zur Schmutzablösung erschließen die Schülerinnen und Schüler dabei auf verschiedenen individuellen „Eingangskanälen“, beispielsweise durch Versuche,
Arbeitsblätter und Animationen. Auch bei der Erarbeitung des Riechvorgangs wird das Struktur-Wirkungs-Prinzip berücksichtigt: Beim didaktisch stark reduzierten „Schlüssel-Schloss-Prinzip“ passen die Schülerinnen und Schüler verschiedene Schlüssel (Duftmoleküle) in entsprechende Schlösser (Rezeptoren) ein. Dies entspricht üblichen Deutungsmustern für eine biologische Funktion aus dem Biologieunterricht, ergänzt diesen Aspekt aber um einen direkten Bezug zur Molekülstruktur.
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Sicher Experimentieren
Egal ob Schülerinnen und Schüler selbst experimentieren oder Sie ihnen ein chemisches Experiment demonstrieren, grundsätzlich gilt es, Gefahren für Leib und Leben der Beteiligten zu vermeiden. Wie die Regeln zur Sicherheit im Unterricht und in der Schule umgesetzt werden können, zeigen die Artikel dieses Heftes: Die Gestaltung der jährlichen Sicherheitsunterweisung sowie eine „spielerische“ Auseinandersetzung im Anfangsunterricht mittels Domino sind Gegenstand unterrichtspraktischer Beiträge. Der Weg von der Einführung in das Thema Gefahrstoffe mit Symbolen und Kennbuchstaben zur Laborschein-Prüfung und Möglichkeiten der kontinuierlichen Sicherheitsschulung im Rahmen verschiedener Themen des Anfangsunterrichtes werden in einem weiteren Beitrag aufgezeigt. Dass der unsachgemäße Umgang mit „Alltagschemikalien“ Gefahren in sich birgt, wird anhand ausgewählter Demonstrationsversuche gezeigt. Viele Chemikalien sind gefährlicher als man allgemein vermutet, der Einsatz im Unterricht sollte deshalb kritisch hinterfragt werden. Die in Teilen dringend gebotene Ersatzstoffprüfung muss keineswegs zwangsläufig zum Wegfall etablierter Experimente führen, in vielen Fällen reicht es, die Versuchsanleitungen zu modifizieren. Nicht nur die Wahl von weniger gefährlichen Chemikalien und die Minimierung von Chemikalienmengen, sondern auch der Einsatz von medizintechnischen Geräten kann das Gefahrenpotential beim Experimentieren deutlich senken. Neben der sachgemäßen Handhabung sind auch die korrekte Art der Aufbewahrung und der Kennzeichnung von Gefahrstoffen Mosaiksteinchen im Sicherheitskonzept. Beim Stöbern in diesem Heft und den angegebenen Internetseiten stoßen Sie sicherlich auf einige auch Ihnen noch unbekannte Aspekte. Viel Spaß dabei und weiterhin unfallfreies Experimentieren!
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Die Darstellung von Chlorwasserstoff – Versuchsaufbau im Minimaßstab
Die Darstellung von Chlorwasserstoff – Versuchsaufbau im Minimaßstab
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Die Protolyse – Schritt für Schritt!
Die Protolyse – Schritt für Schritt!
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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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Bodenschätze
Mobiltelefone, Laptops, Plastiktüten ? ohne Bodenschätze gäbe es sie nicht!
Somit greift diese Ausgabe von geographie heute ein Thema auf, das immer noch aktuell ist. Neben der Endlichkeit der Energierohstoffe wird hier die Förderung metallischer Erze diskutiert. Sie erhalten z.B. Hinweise und Materialien für einen Lernzirkel zur Gewinnung und Vermarktung von Kupfer in Chile oder für einen fächerverbindenden Unterricht, bei dem Ihre Schüler die Chancen und Risiken des Energieträgers Gashydrat kennen lernen. Weitere Themen sind die Bedeutung der kanadischen Ölsande für die Weltenergieversorgung und die Bedingungen des Coltananbaus im Kongo.
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Industrie und Schule
Seit einigen Jahren sind eine Reihe von Initiativen aus Industrie und Wirtschaft zu verzeichnen, welche für die Schulentwicklung wichtige Anstöße liefern. Ihr Ziel ist es, sowohl gesellschaftlichen Veränderungen in unserem Land gerecht zu werden als auch in der Schule die Bereitschaft zur Neuorientierung zu verankern. Diesen Herausforderungen vermag eine Kooperation zwischen Chemischer Industrie und Schule, besonders im Chemieunterricht, zu begegnen. Der Chemischen Industrie als einer Schlüsselindustrie geht es einmal um die Einheit von Kommunikation, Vertrauen und Akzeptanz, zum anderen kann sie die in der Wirtschaft erprobten Verfahrensweisen einbringen. Sie kann damit die Schulen ideell und materiell unterstützen. Die sich entwickelnden Partnerschaften werden stets vorangetrieben von engagierten Personen, tätig auf ganz verschiedenen Ebenen. Es sind Schüler, Lehrer,Verantwortliche in Industrie und Hochschule, wie auch weitsichtige Repräsentanten der Schulleitung und Schulaufsicht. Deren Engagement spiegelt sich u. a. wider in konkreten beispielhaft und modellhaft entwickelten Bausteinen für einen zeitgemäßen Chemieunterricht (best-practice- Beispiele). Deren Funktion ist es, katalytisch zu wirken, um ein nachhaltig wirkendes Potential für den Chemieunterricht wirksam werden zu lassen. Die investierte Mühe und Inspiration verdient Anerkennung. In diesem Heft werden solche Partnerschaften und deren Ergebnisse vorgestellt. Ihnen, liebe Leserinnen und Leser, möchten wir Anregungen geben, welche in der Schule, speziell im Chemieunterricht, Orientierung ermöglichen.
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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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