Unterrichtsmaterialien Teilgebiete der Chemie: Ganze Werke
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Chemie
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Gesamtwerk
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.
Gesamtwerk
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.
Gesamtwerk
Lebensmittelfarbstoffe - Fachmethoden anwenden
Beiträge zur Lebensmittelchemie haben in unserer Zeitschrift eine feste Tradition. Wir erinnern an die Themenhefte „Lebensmittelherstellung“, „Getränke“, „Kohlenhydrate“ sowie „Lebensmittel – Trends und Entwicklungen“. Die unterschiedlichen thematischen und didaktischen Ausrichtungen zeigen interessante Verknüpfungen dieses vielfältigen Alltagsbereiches zum Chemieunterricht auf. Dieses Heft ist den Lebensmittelfarbstoffen gewidmet. Laut der Befunde von Experten sind Farbstoffe die am besten untersuchten Bestandteile unserer Lebensmittel. Damit ist per se eine gute Grundlage für den Chemieunterricht gegeben. Der didaktische Schwerpunkt dieses Heftes liegt auf den Fachmethoden der Chemie. Im Zuge der Umsetzung der Bildungsstandards kommt dem Umgang mit chemischen Fachmethoden beim Erwerb von Kompetenzen im Bereich der Erkenntnisgewinnung immer größere Bedeutung zu. Zum Thema „Lebensmittelfarbstoffe“ bietet sich ein anregendes und zugleich ästhetisches Aktivitätsspektrum für chemische Schülerexperimente. Wir hoffen, dass Ihr Unterricht durch unsere Anregungen (noch) farbiger wird – vielleicht sind Runge-Bilder im Chemieheft oder die selbst gewonnene rote Fingernagel-Farbe ein Anfang.
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Gesamtwerk
Chemische Reaktionen - hin und zurück
Die Tatsache, dass chemische Reaktionen umkehrbar sind, ist für uns von großer Bedeutung, denken wir etwa an die verschiedenen lebenswichtigen Pufferreaktionen, die eine konstante Funktion bedeutsamer Systeme wie lebenden Organismen oder den Ozeanen sicherstellen. Andere umkehrbare Reaktionen führen dagegen zu unerwünschten Folgen – denken wir an die Korrosion der aufwändig gewonnenen Metalle – oder stellen eine große Herausforderung für die technische Synthese von Substanzen dar, hier sei als Beispiel die gut bekannte Ammoniaksynthese genannt. Im Chemieunterricht wird der Umkehrbarkeit chemischer Reaktionen unterschiedliche Bedeutung zugemessen: Im Anfangsunterricht wird sie oftmals nicht explizit als Merkmal chemischer Reaktionen thematisiert; die einfache Umkehrbarkeit von Prozessen wird z. T. sogar als (missverständliche) Unterscheidung von physikalischen und chemischen Prozessen benannt. Im weiteren Verlauf des Chemieunterrichts werden Reaktionen dann zunehmend anhand ihrer Umkehrbarkeit charakterisiert; als Beispiele seien hier Redoxreaktionen, Säure-Base-Reaktionen und natürlich das Konzept des chemischen Gleichgewichts genannt. Wir haben in diesem Themenheft eine Reihe von bekannten, in Natur und Technik bedeutsamen, umkehrbaren Reaktionen zusammengestellt, die in der Schule als Experimente durchgeführt werden können. Die ausgewählten Beispiele zeigen, wie das Prinzip der Umkehrbarkeit chemischer Reaktionen kontinuierlich in den Chemieunterricht eingebunden werden kann, und geben Einblicke in dabei möglicherweise auftretende Lernschwierigkeiten von Schülerinnen und Schülern.
Gesamtwerk
Halogene
Die Verbindungen der Halogene sind - mit Ausnahme des Astats - weit verbreitet, begegnen uns in der Natur und sind vielseitig verwendbare Substanzen. Im ersten Teil hebt ein Überblick über die Elementfamilie Halogene die Gemeinsamkeiten und Unterschiede von Fluor, Chlor, Brom und Iod hervor. Im zweiten Teil werden die spezifischen Eigenschaften von Fluor und Chlor vorgestellt. Zusatzmaterial: Experimente; Arbeitsmaterialien; Folien; Testaufgaben; interaktive Arbeitsblätter.
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Chemie und Gesundheit
„Chemie und Gesundheit“, diese beiden Bereiche passen in der Vorstellung vieler Menschen nicht zusammen, mehr noch, sie werden häufig sogar als gegensätzlich zueinander gesehen. In der gängigen öffentlichen Meinung ist Chemie noch immer „un – gesund“. Die mannigfaltigen Beiträge der Chemie zur Bekämpfung von Krankheiten, ob mit Medikamenten, Impfstoffen oder Desinfektionsmitteln, sowie zur Erhaltung der Gesundheit und zur Förderung von Leistungsfähigkeit mit Nahrungsergänzungsmitteln oder „functional food“ finden nur geringe Beachtung. Sie werden vom Verbraucher – wie es scheint – nicht der „klassischen Chemie“ zugeordnet. Dieses Heft zeigt an unterschiedlichen Beispielen Bezüge zwischen Chemie und Gesundheit auf und gibt Anregungen für einen zeitgemäßen, interessanten und lebensweltorientierten Chemieunterricht zu gesundheitsbezogenen Themen. Schülerinnen und Schüler erhalten Einblicke in die Bereiche Ursachen von Krankheiten (am Beispiel der Bildung von Harnsteinen), Prävention der Übertragung von Krankheiten (am Beispiel von Desinfektionsmittel), Wirkstofffindung (am Beispiel Drug Design von Chininderivaten), Bedeutung der medikamentösen Behandlung von Krankheiten (am Beispiel der Geschichte der Malaria-Bekämpfung) und Toxikologie. Der didaktische Basisartikel stellt aktuelle Theorien und Konzepte zu Gesundheit und Gesundheitserziehung – die in der Schule meist dem Biologieunterricht zugeordnet wird – dar und stellt in einer Übersicht Ideen für „Gesundheits-Themen“ im Chemieunterricht zusammen. Ich wünsche Ihnen eine interessante Lektüre und die Zeit zum Ausprobieren neuer Ideen in Ihrem Unterricht
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Endstation Tiefsee für Kohlenstoffdioxid – die Lösung des lästigen Klimaproblems? (Sek II)
Das Unterrichtsmaterial lässt sich gut in das Themengebiet der Organischen Chemie „Kohlenwasserstoffe und ihre Verbrennungen“ einbauen. Ebenso passt es in den Zusammenhang mit der Thematik „Entstehung von Säuren aus Nichtmetalloxiden“. Es bietet sich auch an, die Unterrichtsreihe als ein eigenständiges Chemie-Projekt durchzuführen oder im fächerübergreifenden naturwissenschaftlichen Unterricht zu behandeln. Dabei können von den Schülerinnen und Schülern bereits bekannte Lerninhalte wie Dichte, Konzentration und Löslichkeit angewendet und vertieft werden.
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Potenziometrie - ein analytisches Verfahren zur Konzentrationsbestimmung
Mit dem vorliegenden Material können die Schülerinnen und Schüler die Theorie der Potenziometrie wiederholen und anhand von Versuchen und Aufgaben selbstständig umsetzen. Alle dazugehörigen Übungsaufgaben lassen sich auch gut als Klausuraufgaben verwenden.
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Egg-Race-Experimente zur Beeinflussung des chemischen Gleichgewichts (Sek. II)
Egg-Race-Experimente zur Beeinflussung des chemischen Gleichgewichts (Sek. II)
Gesamtwerk
Experimentieren im Schülerlabor
Die ersten Schülerlabore entstanden aus der Motivation, etwas gegen das sinkende Interesse von Kindern und Jugendlichen an den Naturwissenschaften zu tun. Ziel war es, die Schüler „durch geeignete Experimente zu motivieren, sich mit den Fragen der Naturwissenschaften und der Technik im Sinne einer „scientific literacy“ auseinanderzusetzen“. Die Angebote der heutigen Schülerlabore sind vielfältig, sei es für Grundschüler oder für Schüler der gymnasialen Oberstufe – egal ob in Kiel oder in Stuttgart, in Saarbrücken oder in Freiberg/Sachsen. Der Zulauf zu den Laboren ist enorm, aber lassen sich damit auch die erhofften Wirkungen, wie (langfristiger) Motivationszuwachs, Einstellungsänderungen oder Studienwahlbeeinflussung erzielen? Am IPN in Kiel geht man unter dem Projekttitel „Lernort Labor (Lela)“ in entsprechenden Untersuchungen diesen Fragen nach. Die ersten Ergebnisse lassen vorsichtige positive Schlüsse zu. Dass diese Labore aber einen zweiten positiven Effekt haben können, war am Anfang nicht zu erwarten. An vielen Hochschulen wird die fachdidaktische Ausbildung der Lehramtsstudierenden mit dem Schülerlabor verknüpft. So können die angehenden Lehrer auf ihnen vertrautem, universitärem Terrain erste Erfahrungen im Umgang mit Schülern sammeln, manchmal auch noch bevor sie ins Schulpraktikum gehen. Und last but not least sollte nicht vergessen werden, dass auch Lehrerfortbildungsveranstaltungen im Schülerlabor angesiedelt sind. Es wird schnell deutlich, dass das Schülerlabor eine Begegnungsstätte für Schüler, Lehramtsstudierende und Lehrer ist – spannend genug, um sich damit eingehender zu beschäftigen. Mögen Sie unter diesem Aspekt interessante Aspekte in dem Heft (wieder-) finden.
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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.
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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!
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.
Gesamtwerk
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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