Das Löschen eines Feuers durch Ausschalten einer der Faktoren, die zu seinem Entstehen notwendig sind, stellt eine ideale Verknüpfung zu Themen wie „Nachhaltiger Umgang mit Ressourcen – Luft zum Atmen“ oder „Zündender Funke und flammendes Inferno“ her.Versuche zum Bau eines Feuerlöschers werden herkömmlicherweise mit Glasgeräten und exakten Vorgaben durchgeführt. Setzt man dazu jedoch medizinische Spritzentechnik mit entsprechenden Plastikmaterialien ein, eignet sich das Thema Feuerlöscher hervorragend für ein so genanntes "Egg Race". Bei dieser Unterrichtsform beschäftigen sich die Schülergruppen mit überschaubaren Problemsituationen, für die sie unter der Beachtung von Sicherheitsregeln eigenständig Lösungswege planen und beschreiten. Aus dem bisherigen Unterricht wissen die Schülerinnen und Schüler bereits, dass Kohlenstoffdioxid erstickend wirkt und dass dieses Gas beim Lösen einer Brausetablette in Wasser entsteht. Wenn sie zudem im Umgang mit medizintechnischen Kunststoffspritzen geübt sind, können sie ohne vorgegebene Versuchsbeschreibung selbstständig einen kleinen Feuerlöscher konstruieren und erproben. Neben realen Experimenten kommt auch ein vom SWR entwickelter Online-Brandsimulator zum Einsatz, der auch Bestandteil der CD-ROM ist. Abschluss des Themas "Luft" und Verbrennung Vor dem Bau eines Feuerlöschers nutzen die Lernenden Informationen und einen Brandsimulator aus dem SWR-Online-Angebot "Warum löscht Wasser Feuer?". Die Egg-Race-Methode Allgemeine Hinweise zur Unterrichtsform, bei der die Lernenden Experimente selbstständig entwickeln und so eigene Wege finden können. Hinweise zum Unterrichtsverlauf Die Schülerinnen und Schüler entwickeln mit medizinischer Spritzentechnik einen kleinen Schaumlöscher. Die Schülerinnen und Schüler sollen im Internet Informationen zur Brandlöschung recherchieren und dabei insbesondere die SWR-Materialien zum Thema "Warum löscht Wasser Feuer?" nutzen. gemäß der Bildungsstandards im Kompetenzbereich "Fachwissen" ihre Vorkenntnisse über Kohlenstoffdioxid, seine Herstellung aus einer Brausetablette, seine Dichte und seine erstickende Wirkung, verknüpfen, um einen Feuerlöscher zu konstruieren. im Kompetenzbereich "Erkenntnisgewinnung" einen Versuch vollkommen eigenständig entwickeln, durchführen und gegebenenfalls optimieren (E1-4). im Kompetenzbereich "Kommunikation" im Team Versuche durchführen und fachsprachlich korrekt präsentieren (K4, K7). Die hier vorgestellte Unterrichtseinheit zur Brandlöschung beschließt eine Reihe zum Thema "Luft und Verbrennung". Vor dem Bau eines eigenen Schaumlöschers werden, ausgehend vom Verbrennungsdreieck, die Bedingungen für ein Feuer noch einmal aufgegriffen. Daraus wird dann abgeleitet, wie man einen Brand löschen kann. Mithilfe der SWR-Online-Materialien zum Thema "Warum löscht Wasser Feuer?" recherchieren die Schülerinnen und Schüler in Kleingruppen, welche Löschmethoden es gibt und wie sie funktionieren. Dabei sortieren sie diese Methoden, zum Beispiel nach den Kategorien Sauerstoff entziehen. unter die Entzündungstemperatur kühlen. Brennstoff entziehen. Die SWR-Materialien bieten neben allgemeinen Informationen zu den Themen Feuer und Löschen (Geschichte, Löschmittel, Löschgeräte, ... ) auch einen Film sowie ein interaktives Online-Experiment. Dass man mit Wasser Brände löschen kann, ist jedem bekannt. Wie schnell ein kleiner Brand so intensiv wird, dass auch ein Gartenschlauch nicht mehr genügend Wasser zum Löschen liefern kann, lässt sich mit einer interaktiven Feuerlöschsimulation ermitteln. Die Simulation basiert auf der Annahme, dass der Hauptlöscheffekt des Wassers auf dem Kühlungseffekt beim Verdampfen beruht. Etwa 2.600 Kilowatt beträgt die theoretische Kühlleistung von 60 Litern Wasser pro Minute. In der Brandbekämpfungspraxis muss jedoch mit der etwa dreifachen Wassermenge gerechnet werden, da unter realen Bedingungen ein Großteil des Wassers den Brandherd nicht erreicht und somit auch nicht zur Kühlung beitragen kann. Tab. 1 gibt einen Überblick über den Zusammenhang zwischen Wassermenge und tatsächlich erreichter Kühlleistung bei der Brandbekämpfung. Tab. 1 Wassermenge Kühlleistung 50 Liter / Minute 700 kW 100 Liter / Minute 1.400 kW 200 Liter / Minute 2.800 kW 300 Liter / Minute 4.200 kW 550 Liter / Minute 7.700 kW Mit dem interaktiven Experiment kann die Entwicklung von vier verschiedenen Brandsituationen simuliert werden (Kaminfeuer, Matratzenbrand, brennendes Stapelbett und Kioskbrand). Während der Brandfilm abläuft (Abb. 1, Platzhalter bitte anklicken) - kann, nach der Wahl einer Löschwassermenge - jederzeit ein Löschversuch unternommen werden. Eine Effizienzanalyse gibt danach Auskunft, ob zuviel oder zu wenig Wasser eingesetzt wurde. Letztlich kann noch auf richtiges und falsches Löschen hingewiesen werden - mitunter gibt es in den Klassen Jugendfeuerwehrleute als Experten, die dazu berichten können. Zum Abschluss der Sequenz zum Thema "Luft und Verbrennung" bauen die Schülerinnen und Schüler im Rahmen eines "Egg Race" dann einen eigenen Feuerlöscher. "Normale" Schülerexperimente dienen in der Praxis häufig dem Erwerb eng vorgegebener Ziele und sollen aus zeitökonomischen Gründen meist direkt erfolgreich verlaufen. Dazu werden Fehlerquellen bereits in der Planungsphase so weit wie möglich ausgeschlossen. Dadurch erhalten die Schülerinnen und Schüler jedoch viel zu selten die Gelegenheit, eigene Lösungswege zu beschreiten, sich selbst zu korrigieren und daraus zu lernen - was aber dem eigentlichen naturwissenschaftlichen Arbeiten entspräche. Genau dies gewährleistet die so genannte Egg-Race-Methode. Die Schülergruppen erhalten bei dieser Methode überschaubare Problemstellungen, für die sie unter der Beachtung von Sicherheitsregeln eigenständig Lösungswege planen und beschreiten sollten. Das bedeutet, dass die Schülerinnen und Schüler auch Wege gehen können, die eventuell nicht oder nur teilweise zur Lösung des Problems führen. Da sie im weiteren Verlauf ihre Vorgehensweise eigenständig reflektieren und optimieren können, führen solche Fehlplanungen aber nicht zu Frustrationen. Egg Races verknüpfen Alltagserfahrungen und Fachwissen zu kreativem Denken und praktischem Handeln. nutzen innerhalb einer Gruppe Kooperation sowie die Konkurrenz zu den anderen Gruppen als Motivation und ermöglichen zugleich soziales Lernen. geben den Schülerinnen und Schülern Gelegenheit, Probleme selbstständig zu lösen und eigene Wege zu finden. Hans Joachim Gärtner und Volker Scharf Chemische "Egg Races" in Theorie und Praxis, Studienmaterialien des SIL Speyer Band 144, Boppard/Speyer 1994 Hans Joachim Gärtner Kreativität und Wettbewerb. Chemisches Egg-Racing in der Sekundarstufe I, NiU Chemie, 6/1997, S. 17-20 Gregor von Borstel und Andreas Böhm Bau eines Schaumlöschers mit medizintechnischen Geräten, NiU Chemie Nr. 74, 2003, S. 42-44 Hans Joachim Gärtner und Gregor von Borstel Kohlenstoffdioxid und Wettbewerb, "Egg-Races" in der Sekundarstufe I, NiU Chemie Nr. 78, 2003, S. 19-21 Die Grundstruktur der Stunde ist sehr einfach: Die Schülerinnen und Schüler erhalten die Aufgabe, mit vorgegebenen Materialien einen Feuerlöscher zu bauen und bearbeiten dieses Problem anschließend eigenständig in Teams mit zwei bis drei Personen. Die Aufgabe der Lehrperson besteht zunächst nur darin, die Problemstellung und die Rahmenbedingungen für die Experimentierphase festzulegen: Welche Materialien dürfen die Schülergruppen verwenden? Welche Bedingungen muss das Versuchsergebnis erfüllen? Welche Verhaltensregeln müssen von den Schülergruppen eingehalten werden? Experimentierphase In der anschließenden Experimentierphase sollte sich die Lehrperson zurückhalten und die Ansätze der Schülergruppen nur auf Sicherheit überprüfen, nicht aber auf Funktionalität. Entscheidend ist, dass die Planung der Versuche in den Schülergruppen erfolgt. Auch wenn die Lehrperson erkennt, dass der eingeschlagene Weg nicht unbedingt zur Lösung führt, wird dies nicht vorab diskutiert. Vielmehr sollen die Schülerinnen und Schüler die Möglichkeit haben, Optimierungen eigenständig durchzuführen. Lösungsbeispiel Eine Spritze kann mit einer Brausetablette und Spüli befüllt werden. Dann wird Wasser hineingezogen und der Kolben nach einiger Zeit arretiert (Abb. 2). Damit es keine Wasserschlacht gibt, wird die Aufgabe so eingeschränkt, dass man zur Lösung des Problems den Kolben nur ziehen, aber nicht drücken darf (siehe "feuerloescher_aufgabe.pdf"). Wenn man dann durch Zuhalten oder kurzzeitiges Verschließen per Dreiwege- oder Absperrhahn einen Druck in der Spritze aufbaut, kann man "mühelos" aus größerer Entfernung eine Kerze löschen. Präsentation In der abschließenden Präsentationsphase stellen die Schülergruppen ihre Ergebnisse vor und diskutieren sie im Plenum. Verschiedene Lösungswege Wir haben das Egg Race schon häufig mit Schülerinnen und Schülern und auch Lehrkräften in Fortbildungen und Workshops durchgeführt. Die Lösungswege und Ergebnisse sind vielfältig. Einige Gruppen mischen alle Substanzen in einer Spritze und benutzten diverse Schlauchverbindungen oder Hähne, um einen Druck aufzubauen. Andere mischen über eine Hahnbank die Substanzen durch Einspritzen von Wasser oder Spüli in die Spritze mit der Brausetablette oder greifen auch auf selbstgebaute Gasentwickler im Reagenzglas zurück. Hohe Motivation Insgesamt zeigen die Erfahrungen, dass alle Schülerinnen und Schüler in der Lage sind, die Aufgabe eigenständig zu lösen. Damit wenden sie bereits Erlerntes erfolgreich an und festigen so ihr Wissen. Den meisten Gruppen macht die Arbeit zudem schlichtweg Spaß. Sie erleben, dass nicht gleich der erste Versuch zum Erfolg führt, lassen sich davon aber nicht entmutigen. Dadurch erhält der Chemieunterricht eine stark positive Konnotation.