Unterrichtsmaterialien Chemie: Ganze Werke
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Chemie
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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
Chemie & Urlaub
Ferien, das bedeutet für Kinder und Jugendliche Freizeit und hat mit Chemie erst einmal wenig zu tun. Sieht man jedoch genauer hin, so lassen sich auch in der Freizeit viele Phänomene mithilfe chemischer Sachverhalte erklären. Grillen, der Besuch einer Tropfsteinhöhle oder die Teilnahme an einem Forschercamp sind nur drei Beispiele für Aktivitäten, die genutzt werden können, um das Interesse von Kindern und Jugendlichen für Naturwissenschaften zu wecken. Der Eigeninitiative sollte dabei großer Raum gelassen werden, mit dem Ziel selbsttätigen Erforschens. Allerdings bedarf es dazu häufig eines Impulses durch Eltern, Lehrerinnen und Lehrer oder andere Bezugspersonen, der an die Umgebung des Ferienziels angepasst, gewählt werden sollte. In der vorliegenden Ausgabe unserer Zeitschrift finden sich gute und erprobte Hinweise, Ferien im Sinne einer naturwissenschaftlichen Bildung, hier besonders auf die Chemie bezogen, einzuleiten und zu gestalten.
Gesamtwerk
Basiskonzept Energie
Wenn auch im Chemie-Anfangsunterricht bei chemischen Reaktionen der Stoffumsatz an erster Stelle steht, so findet doch bei jeder chemischen Reaktion auch ein Energieumsatz statt. Diese Energie kann in verschiedenen Formen auftreten und sollte im Laufe des Unterrichts immer mehr beachtet werden. Neben mechanischer Energie (Explosionen), elektrischer Energie (Batterien), Lichtenergie (Lumineszenzen) ist es vor allem Wärmeenergie (exotherme Reaktionen), die frei wird. Umgekehrt können chemische Vorgänge auch durch die genannten Energien, z. B. als Aktivierungsenergien, ausgelöst werden. Bei endothermen Reaktionen wird hingegen während des Reaktionsvorgangs Wärme aufgenommen, sodass sich die Umgebung abkühlt. Diesem weiten Feld der energetischen Vorgänge bei chemischen Reaktionen wird in zunehmendem Maße in den Lehrplänen und Schulbüchern Rechnung getragen. Es gibt außerdem zahlreiche didaktische Ansätze, um das Basiskonzept Energie bei chemischen Reaktionen im Sinne der Bildungsstandards zu erschließen. Gedanken und Beispiele dazu finden Sie in einer Reihe von Beiträgen in dieser Ausgabe unserer Zeitschrift. In diesem Heft finden Sie weitere Anregungen, wie Sie in Ihrem Unterricht zum Aufbau eines nachhaltigen und anschlussfähigen Energieverständnisses beitragen können.
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Gesamtwerk
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.
Gesamtwerk
Wasser
Panta rhei, alles fließt – das Wasser als Inbegriff des Beweglichen und der Veränderung? Im Gegenteil: Wasser scheint eine konstante Größe im naturwissenschaftlichen Unterricht und nicht zuletzt im Fach Chemie zu sein. Aber auch am Bekannten und Bewährten sind Bildungsstandards und Kompetenzorientierung nicht spurlos vorüber gegangen: Sie fordern auch beim Wasser heraus zum Akzentuieren, seine Alltagspräsenz ebenso zu nutzen wie seine fachlichen Spezifika, es zu beziehen auf Basiskonzepte, es einzubinden in Elemente naturwissenschaftlichen Arbeitens, es zu betrachten als nahezu beliebig verfügbaren Stoff ebenso wie als wertvolles Gut, an dem vieler Orts Mangel herrscht. In diesem Sinn werden Sie für Ihren Unterricht hier tatsächlich mehrheitlich Bekanntes finden, das jetzt aber sein Potenzial fürs Lernen und Verstehen auf ganz differenzierte Weise entfaltet.
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Analytisch arbeiten
In einem alten Kinderlied heißt es „Die Wissenschaft hat festgestellt, festgestellt, dass Marmelade Fett enthält, …“. „Enthält Marmelade wirklich Fett?“ – „Mit welcher Methode hat die Wissenschaft das herausgefunden?“– „Welches Nachweismittel hat die Wissenschaft verwendet?“ – „Was ist eigentlich Fett?“ – „Wie viel Fett ist in Marmelade enthalten?“ – „Ist das Fett in Marmelade schädlich für meine Gesundheit“? – „Kann man das Fett aus der Marmelade entfernen?“ – „Welche Wissenschaft hat diese Glanzleistung vollbracht?“ Die Neugier, Stoffe zu analysieren, wissen zu wollen, was und wie viel von ETWAS in einer Stoffmenge enthalten ist, treibt Chemiker dazu, auch in Zusammenarbeit mit anderen Wissenschaftsdisziplinen immer genauere Untersuchungsmethoden zu entwickeln. Diese Neugier ist natürlich nicht ausschließlich „Selbstzweck“ (Grundlagenforschung), hinter ihr stehen auch handfeste wirtschaftliche Interessen (Anwendungsforschung). Längst sind qualitative und quantitative Analyse ergänzt durch den Begriff „instrumentell“, die moderne Analytik ist weit weg von phänomenologischer Beschreibung ihrer Untersuchungsgegenstände, von Lötrohrproben und Boraxperlen. Und trotzdem haben auch solche Verfahren ihre Berechtigung und das nicht nur in einem historisch-genetischen Unterrichtsgang. Die Einbindung analytischer Fragestellungen in den Unterricht aller Klassenstufen bietet neben vielfältigen Möglichkeiten zur Selbstständigkeit immer auch Gelegenheit zur Entwicklung eines Grundverständnisses naturwissenschaftlichen Arbeitens. Wir sind gefordert, bei unseren Schülerinnen und Schülern Neugier und planvolles Vorgehen ebenso zu entwickeln und zu fördern wie die Kompetenzen Fachwissen, Erkenntnisgewinnung, Kommunikation und Bewertung. Die Auseinandersetzung mit analytischen Fragestellungen ist sehr gut geeignet, diesen Anforderungen zu genügen.
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Chemische Inhalte präsentieren
Präsentationen sind allgegenwärtig und das semantische Spektrum dieses Begriffs reicht weit – vom Vortrag vor einem Publikum über Ausstellungen bis hin zu den Internetauftritten von Firmen, Vereinen oder auch von Privatpersonen. Immer geht es darum, etwas mithilfe visualisierender Mittel so vorzustellen, zu zeigen, darzubieten, dass der Zuhörer die zu vermittelnde Botschaft möglichst gut verstehen und aufnehmen kann. Etwas zu Präsentieren heißt also, mit anderen zu kommunizieren. Die Schulung der Präsentationskompetenz ist daher ein Teilaspekt der medialen Bildung. Für uns Lehrerinnen und Lehrer gehört das Präsentieren zum Alltag und ist eine unserer Professionen. Die uns dabei zur Verfügung stehenden Mittel der Visualisierung sind umfangreich: Sprache, Gestik und Mimik sowie Blickkontakt zählen ebenso dazu wie der Einsatz von Tageslichtprojektor, Tafel, Plakaten auf Stellwänden oder die vielfältigen Möglichkeiten der digitalen Medien. Im naturwissenschaftlichen Unterricht und speziell im Chemieunterricht kommt der Visualisierung eine besondere Bedeutung zu. Der für die Chemie typische Wechsel von der phänomenologischen Ebene auf die Modellebene ist vielfach nur über unterstützende Visualisierungen zu erleichtern. Ohne bildhafte Darstellungen – beispielsweise von Versuchsapparaturen oder von Vorgängen auf der Teilchenebene – ist es Schülern vielfach nicht möglich, zu einer Anschauung und somit zu einem vertieften Verständnis zu kommen. Präsentationen sind daher ein notwendiges Instrument der Modellierung und nie nur (Unterrichts-)Methode im engen Sinn: „the medium is part of the message“. Die Beiträge dieses Heftes geben Hilfen für die Erstellung und Beurteilung von Präsentationen. Sie sollen Anregungen liefern, verschiedene Präsentationsformen und -medien im Unterricht einzusetzen, um so die Kommunikationskompetenz Ihrer Schüler zu schulen.
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Wärmespeicher
Im Frauenhofer-Magazin 1/2010 ist ein Beitrag mit dem Titel„ Wärme speichern mit Wachs“ erschienen. Für die marktreife Entwicklung dieses Prinzips wurden drei Wissenschaftler der Frauenhofer Gesellschaft und der BASF für den mit 250.000 Euro dotierten Deutschen Zukunftspreis nominiert. Günther Öttinger, der gerade neu gewählte EU – Kommissar für Energie, betonte in seiner Vorstellung vor dem Europa-Parlament im Januar dieses Jahres, dass er als besondere Aufgabe die Speicherung von Wärme und Energie betreiben werde. Das Thema dieses Heftes ist ausgesprochen zukunftsorientiert, denn eines ist sicher, wenn eines Tages die Vorräte an fossilen Energieträgern wie Erdöl und Erdgas aufgebraucht sind, oder die Energieträger unerschwinglich teuer geworden sind, dann wird nicht nur der Energie„erzeugung“ sondern insbesondere der Speicherung von Energie eine große Bedeutung zukommen. Schon heute ist abzusehen, dass die Speicherung von Wärme dabei eine Hauptrolle spielen wird. In dieser Zeitschriften-Ausgabe werden die einzelnen Systeme der Wärmespeicherung aufgezeigt und auf die Bearbeitung im Unterricht übertragen. Wir stellen Ihnen eine Reihe von neuen Versuchen vor, die sich zum größten Teil als Schülerversuche besonders eignen.
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Chemischer Anfangsunterricht I
Gleiche Gegenstände können aus verschiedenen Materialien bzw. Stoffen aufgebaut sein. Stoffe sind hingegen von der Form unabhängig und besitzen für sie ganz typische Eigenschaften. Chemiker interessieren sich für diejenigen Stoffmerkmale, die sie messen können. Mit diesen messbaren Eigenschaften können sie Stoffe voneinander unterscheiden, einen einzelnen Stoff identifizieren oder für eine bestimmte Verwendung testen. Modelle helfen, Dinge zu verstehen. Sie geben nur bestimmte Elemente der Wirklichkeit wieder und stellen so die Welt vereinfacht dar. So hilft auch das Kugelteilchenmodell zu verstehen, wie sich ein Duft im ganzen Raum verteilt oder sich Stoffe in Wasser lösen. Zusatzmaterial: Sprechertexte; 2 Folien; interaktive Arbeitsblätter; Testaufgaben; Arbeitsmaterialien; Lehrpläne; Rahmenpläne.
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Struktur und Eigenschaften
Viele Lehrkräfte fragen sich angesichts wachsender beruflicher Belastungen, wie sie den neuen bürokratischen und fachdidaktischen Forderungen gerecht werden können. Bei dem Umgang mit Formularen, Statistiken und Berichten können wir Ihnen natürlich nicht helfen, vielleicht aber bei Ihrem Kerngeschäft, der Gestaltung des Chemieunterrichts. Die Orientierung an Basiskonzepten führt bewährte und neue Themen und Konzepte zusammen. Sie kann Ihren Schülerinnen und Schülern einen Einblick in die Denkweise von Chemikerinnen und Chemikern geben und bietet gleichzeitig eine systematische Strukturierung der vielen Inhalte des Chemieunterrichts. Mit diesem Heft haben wir ein besonders wichtiges Element der Bildungsstandards ins Zentrum gestellt: Den Zusammenhang von beobachtbaren Eigenschaften der Stoffe mit ihren Strukturen auf den verschiedensten (submikroskopischen) Ebenen. So wie dieses Prinzip der Struktur-Eigenschafts-Beziehungen einer der „roten Fäden“ für Ihren Unterricht sein kann, so kann es für Ihre Schülerinnen und Schüler ein Schlüssel werden zum Verständnis der Vielfalt der Materie und für die Antizipation möglicher Veränderungen. Unser Anliegen ist es, Ihnen mit Themenheften zu den verschiedenen Basiskonzepten einen komprimierten Überblick über didaktische Ansätze und Ergebnisse aus der Forschung zu bieten, die Sie unmittelbar in Ihre Unterrichtsplanungen integrieren können. Wir hoffen, dass diese Struktur und Zusammenstellung, die wir mit zahlreichen Autorinnen und Autoren an unterrichtserprobten Beispielen entwickelt haben, auch für Sie wertvolle Anregungen geben kann!
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Nature of Science
Männer in weißen Kitteln, Wissenschaft, die alle Fragen beantworten kann, Chemie als wichtiges aber unverständliches Fach – solche Vorstellungen behindern das Lernen! Welche Möglichkeiten es gibt, ein angemessenes Bild von den Naturwissenschaften und im Besonderen der Chemie zu unterstützen und was überhaupt angemessen im Zusammenhang mit schulischer Bildung bedeutet, dazu sind in diesem Heft 19 Beiträge versammelt, die versuchen, sowohl gesellschaftliche, historische wie auch innerfachliche und das Lernen betreffende Aspekte auszuleuchten. Mit Absicht stehen zwei Beiträge von Experten auf diesem Gebiet am Anfang, gefolgt von Beispielen für und aus der Praxis. Lassen Sie sich ein auf diese Reise, die gewiss auch Ihnen neue Blickwinkel anbieten kann – mit dem Ziel, den heutigen Schülerinnen und Schüler, den künftigen Bürgerinnen und Bürgern eine Sicht zu vermitteln, die Naturwissenschaft als das zwar mächtige, zugleich aber beschränkte Werkzeug erscheinen zu lassen, das es ist.
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Chemischer Anfangsunterricht II
Betrachtet man Stoffe genauer, kann festgestellt werden, dass es sich bei ihnen entweder um einzelne Stoffe oder um Mischungen aus mehreren Stoffen handelt. Die Chemiker teilen die Welt der Stoffe deshalb in Reinstoffe und Stoffgemische ein. Ein Reinstoff ist einheitlich aufgebaut, Stoffgemische bestehen hingegen aus zwei oder mehreren Reinstoffen. Die vielen Gemische werden nicht allein in homogene und heterogene Gemische eingeteilt, sondern sie werden je nach Art der Aggregatzustände ihrer Bestandteile noch besonderen Gemischgruppen zugeordnet. Was gemischt ist, kann man auch trennen. Es werden täglich große Mengen Abwässer produziert, die gereinigt werden müssen. Die Bestandteile des Gemisches Abwasser müssen durch spezielle Verfahren voneinander getrennt werden, damit man wieder sauberes Trinkwasser erhält. Für das Entmischen eines Gemisches nutzt man gezielt Stoffeigenschaften der einzelnen Bestandteile, wie die Teilchengröße, die Dichte oder Siedepunkte. Zusatzmaterial: Sprechertexte; 2 Folien; interaktive Arbeitsblätter; Arbeitsmaterialien; Testaufgaben; Lehrpläne; Rahmenpläne.
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Fette, Öle, Derivate
Fette und Öle sind seit jeher ein klassisches Thema im Chemieunterricht. Das betrifft sowohl die Zuordnung der Fette und Öle zur Stoffklasse der Ester als auch ihre stoffliche Zusammensetzung und ihre typischen Eigenschaften. Aus dieser strukturchemischen Blickrichtung ist das Thema bereits vollständig für den Unterricht erschlossen. Welche neuen Anregungen kann ein Heft zu diesem Thema dann liefern? Die Artikel des Heftes sollen deutlich machen, dass ein klassisches Thema für den Unterricht so aufbereitet werden kann, wie es die Kompetenzbereiche der Bildungsstandards verlangen. Palmöl beispielsweise ist eines der am häufigsten in Lebensmitteln eingesetzten Öle. Es wird aus den Früchten der Ölpalme gewonnen. Das Hauptanbaugebiet liegt im Tropengürtel. Der steigende Bedarf geht zu Lasten der Natur. Es lohnt sich also, Palmöl auch von Seiten der Gewinnung und wirtschaftlichen Bedeutung her zu thematisierten. Dafür sind Kommunikations- und Bewertungskompetenz erforderlich. Beide Kompetenzbereiche werden auch beim Thema Cholesterin angesprochen. Aus dem Alltag ist dieser Stoff als Blutfett bekannt. Der Begriff suggeriert bereits, dass es sich um einen Stoff handelt, der – wie andere Fette auch – der Stoffklasse der Ester zuzurechnen ist. Erst durch die inhaltliche Auseinandersetzung wird deutlich, dass zwar jegliche strukturchemische Verbindung fehlt, aber die Zuordnung zu den Lipiden berechtigt ist. Im vorliegenden Heft wird ein jahrgangsübergreifendes Projekt zum Thema vorgestellt. Die experimentellen Zugänge zum Thema „Fette, Öle, Derivate“ liefern darüber hinaus Möglichkeiten für die Umsetzung der Anforderungen im Kompetenzbereich Erkenntnisgewinnung.
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Trenn mich erst, wenn ich (sorten)rein bin! – Eine genauere Untersuchung der Stoffgruppe Kunststoffe
Trenn mich erst, wenn ich (sorten)rein bin! – Eine genauere Untersuchung der Stoffgruppe Kunststoffe
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Zink
Das Element Zink und seine Verbindungen besitzen für den Chemieunterricht eine große Bedeutung. Grund hierfür sind vor allem die interessanten Eigenschaften des Metalls und seiner Verbindungen sowie die vielen Anwendungsbereiche im Alltag, in der Industrie und in der Wirtschaft. Erst im ausgehenden Mittelalter erkannte man, dass es sich bei dem Element Zink um ein eigenständiges Metall handelt; in Form von Messing (d. h. als Legierung mit Kupfer) wurde es jedoch schon lange Zeit vorher von den Römern für Münzprägungen verwendet. Das elementare Zink ist ein unedles Metall und zeigt deshalb eine große Reaktionsbereitschaft mit vielen Stoffen. Dies ist sicherlich auch ein gewichtiger Grund für die vielen experimentellen Einsatzmöglichkeiten des Metalls im Unterricht. In dieser Zeitschriftenausgabe haben wir für Sie eine Reihe von bekannten, aber auch neuen Reaktionen des Zinks und seiner Verbindungen zusammengestellt. Daneben wird auch die physiologische Bedeutung von Zink betrachtet. Die Anwendungen in Batterien wurden nur am Rande mit aufgenommen, weil es sich hierbei um ein eigenes Thema für die Elektrochemie handelt.
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