In dieser Unterrichtssequenz für den Anfangsunterricht in Chemie lernen die Schülerinnen und Schüler die chemische Reaktion und ihre Bedeutung kennen. Anhand kleiner Versuche erkennen sie den Unterschied zwischen der chemischen Reaktion und dem physikalischen Vorgang.Die Schülerinnen und Schüler planen in dieser Unterrichtsstunde für den Chemie-Unterricht der Sekundarstufe I ausgehend von zwei einfachen Aufgaben Experimente, die sie anschließend durchführen. Dabei beschreiben sie die Aggregatzustände von Stoffen und erkennen sie, dass es Vorgänge gibt, die sich leicht rückgängig machen lassen, während das bei anderen nicht so einfach beziehungsweise gar unmöglich erscheint. Im Unterrichtsgespräch und begleitendem Informationstext erarbeiten sie in diesem Zusammenhang die Fachbegriffe "chemische Reaktion" und "physikalischer Vorgang". Im Sinne der individuellen Förderung durch Binnendifferenzierung im Fach Chemie stehen Arbeitsblätter mit unterschiedlichen Schwierigkeitsgraden zur Verfügung. Die Unterrichtssequenz eignet sich für den Anfangsunterricht in Chemie und kann durch die weiteren Einheiten zum Thema Feuer und Verbrennung wie Voraussetzungen für ein Feuer , Feuer löschen , Verbrennungsprodukte nachweisen und Was ist eine Flamme? fortgeführt werden. Das Thema "Chemische Reaktion erkennen" im Unterricht Im Anfangsunterricht Chemie der Sekundarstufe I geht es zunächst gar nicht um "wirkliche" Chemie, sondern eigentlich eher um Physik: Stoffeigenschaften und Trennverfahren. Diese bilden die Grundlage für das Verständnis der chemischen Reaktion als Stoffumwandlung. Im Kontext Feuer und Verbrennung wird das Basiskonzept chemische Reaktion schnell deutlich ausdifferenziert. Es macht daher Sinn, ein Grundverständnis für die chemische Reaktion schon vorher zu schaffen und die Kenntnisse aus den vorhergegangenen Unterrichtseinheiten dafür zu nutzen. Vorkenntnisse Die Lernenden kennen den Begriff "Stoff" und können Eigenschaften von Stoffen wie ihren Aggregatzustand benennen und untersuchen. Sie kennen verschiedene Trennverfahren. Die Kenntnis der Sicherheitsregeln im Chemieraum wird vorausgesetzt. Didaktische Analyse Zwei ganz alltägliche Vorgänge (Eis schmelzen und Streichholz verbrennen) werden zu Beginn genauer unter die Lupe genommen. Dadurch können die Lernenden einen entscheidenden Unterschied zwischen ihnen erkennen, wodurch die Einführung eines neuen Begriffs (chemische Reaktion) sinnvoll wird. Durch andere Beispiele die grundlegende Bedeutung der chemischen Reaktion anschießend gesichert. Methodische Analyse In den Versuchen in Stammgruppen können die Lernenden ihre Ideen und ihr Wissen teilen und (hoffentlich) ein motivierendes Erfolgserlebnis haben. Die Einführung des neuen Fachbegriffs und Basiskonzepts "Chemische Reaktion" erfolgt im Unterrichtsgespräch und durch einen Text. Zur Vertiefung dient ein Arbeitsblatt, das in Einzelarbeit gelöst wird. Während dieser Phase erhalten die Lernenden direkte Unterstützung durch die Lehrkraft, wenn nötig. Umgang mit Fachwissen Die Schülerinnen und Schüler grenzen Stoffumwandlungen als chemische Reaktionen von physikalischen Veränderungen ab. festigen ihr Wissen zum Thema Aggregatzustand. Kommunikation Die Schülerinnen und Schüler übernehmen bei Versuchen in Kleingruppen Initiative und Verantwortung verteilen, Aufgaben fair und erfüllen diese im verabredeten Zeitrahmen.

Dieses Unterrichtsmaterial regt die Lernenden zum Bau einer Rakete aus zwei Plastikflaschen, Natron und Essig an. An diesem Experiment wird neben der Problematik um den Plastikmüll zum Umweltschutz in der Schule der Antrieb einer Rakete durch das Rückstoßprinzip sowie die chemische Reaktion von Säure und Natriumhydrogencarbonat erläutert.Mit diesem Unterrichtsmaterial lernen die Schülerinnen und Schüler am Beispiel einer Rakete das Rückstoßprinzip als praktische Anwendung des 3. Newtonschen Axioms sowie die chemische Reaktion von Backpulver und Essig kennen. Sie bauen angeleitet durch ein Video selbstständig eine Rakete, erkennen ihren Antrieb und vertiefen die Phänomene der Chemie und Physik durch begleitende Arbeitsblätter. Gleichzeitig soll das Experiment auf den seit Jahren steigenden Verbrauch von Plastikflaschen aufmerksam machen, die nur zum Teil recycelt werden, während der Rest in Müllverbrennungsanlagen oder in der Umwelt landet. Das Material eignet sich je nach Lehrplan für den fächerverbindenden Unterricht in Chemie und Physik der Sekundarstufen I und II. Das Thema "Eine Rakete aus Plastikflaschen bauen: Upcycling in Chemie und Physik" im Unterricht Am Beispiel einer Rakete erarbeiten die Lernenden mit diesem Unterrichtsmaterial weitgehend selbstständig und praxisorientiert den Antrieb in einem Experiment. Diese Form der experimentellen Erarbeitung des Rückstoßprinzips im Unterricht eignet sich in besonderer Weise, um den Schülerinnen und Schülern der Sekundarstufen nachhaltig aufzuzeigen, warum Raketen eigentlich fliegen. Vorkenntnisse Zu den wesentlichen Voraussetzungen zur Durchführung dieser Unterrichtseinheit zählt, dass die Lernenden mit Lehrvideos arbeiten sowie ein chemisches beziehungsweise physikalisches Experiment aufbauen, durchführen und auswerten können. Didaktische Analyse In diesem Unterrichtsmaterial erarbeiten die Lernenden mit dem Rückstoßprinzip und einer chemischen Reaktion Phänomene der Fächer Physik und Chemie: Während das Rückstoßprinzip in Natur und Technik als praktische Anwendung des 3. Newtonschen Axioms ein physikalisches Phänomen ist, das in der Natur und Technik zur Fortbewegung dient, gilt die Verbindung von Backpulver mit Essig (Säure mit Natron) als ein Beispiel für eine Reaktion der Chemie. Darüber hinaus setzen sich die Schülerinnen und Schüler zum Umweltschutz mit ökologischen Problemen, die beim Recycling von Plastikflaschen entstehen, auseinander und lernen ein Experiment selbstständig vorzubereiten, durchzuführen und auszuwerten. Methodische Analyse Die Auswertung der Filme geschieht sowohl im Plenum als auch in Partnerarbeit. Die Vorbereitung, Durchführung und Auswertung des Experiments erfolgt in Partner- oder Gruppenarbeit, sodass die Lernenden möglichst eigenverantwortlich und selbstständig arbeiten können. Die Lehrkraft steht in diesen Phasen beratend zur Verfügung und sollte nur unterstützend eingreifen, wenn Fragen auftauchen. Fachkompetenz Die Schülerinnen und Schüler bereiten ein Experiment im Chemie- oder Physikunterricht selbstständig vor und führen es nach Anleitung durch. lernen das Rückstoßprinzip sowie die chemische Reaktion von Natron und Essig kennen. unterscheiden ökologisch sinnvolles Recycling von Plastikflaschen von unsinniger Müllverwertung. Medienkompetenz Die Schülerinnen und Schüler entnehmen einem Video im Unterricht die wesentlichen Informationen für den Bau einer Rakete. Sozialkompetenz Die Schülerinnen und Schüler arbeiten konzentriert und zielführend kooperativ im Team zusammen.

Dieser WebQuest thematisiert die historische Persönlichkeit Fritz Haber (1868-1943) und bettet die Ammoniaksynthese sowie ihren Mitentwickler in einen historischen Kontext ein. Neben Habers Beteiligung an der Giftgasforschung werden auch dessen unbekannte und teils spektakuläre Forschungen sowie die Rolle seiner Frau Clara Immerwahr betrachtet.Der WebQuest ist als Teil einer Semesterarbeit Studierender des Lehramtes Chemie für Gymnasien im Rahmen eines Seminars an der Universität Frankfurt entstanden und wurde bisher aber noch nicht im Unterricht eingesetzt. Wenn Sie die Materialien im Unterricht einsetzen, wären die Autoren für Ihre Erfahrungen und Rückmeldungen dankbar (Informationen und Kontakt zu den Autoren). Damit erhalten die Studenten (David Fischer, Sándor Bekö) auch eine Rückmeldung zu ihrer Arbeit.Die Schülerinnen und Schüler schlüpfen in die Rolle von Studierenden (wahlweise aus einem Institut für Physikalische Chemie, Geschichte, Soziologie oder Chemie), die sich innerhalb von Arbeitsgruppen über Leben und Werk Fritz Habers aus verschiedenen Blickwinkeln informieren. Die Ergebnisse der Arbeitsgruppen werden durch Plakate gesichert, die den Mitschülerinnen und Mitschülern vorgestellt werden. Die vier Poster werden aufgehängt und im Rahmen einer "Poster-Session" gemeinsam betrachtet. Eine Podiumsdiskussion ("Kongress"), in der das Wirken von Fritz Haber kritisch reflektiert und auch der historische Versuch der Ammoniaksynthese demonstriert wird, schließt die Unterrichtseinheit ab. Zielgruppe, Themen, Anbindung an den Lehrplan Hier finden Sie Informationen zu den Voraussetzungen der Unterrichtseinheit, den Themen und ihrer Anbindung an den Lehrplan sowie einen Überblick zum Unterrichtsverlauf. Durchführung des WebQuest In arbeitsteiliger Gruppenarbeit recherchieren die Schülerinnen und Schüler eigenständig und selbst gesteuert Informationen zu Leben und Werk von Fritz Haber. Präsentation der Arbeitsergebnisse Nach einer Poster-Session werden in einem Rollenspiel die Person und die wissenschaftlichen Leistungen Fritz Habers aus verschiedenen Perspektiven betrachtet. Fachkompetenz Die Schülerinnen und Schüler sollen die Forschungsschwerpunkte Fritz Habers benennen können. die Reaktionsgleichung der Ammoniaksynthese nach Haber und Bosch formulieren können. unterschiedliche (historische) Methoden der Ammoniaksynthese benennen können. mindestens drei Giftgase nennen und die Beteiligung Fritz Habers am Gaskrieg beschreiben können. die Gründe für den Suizid von Clara Immerwahr (Fritz Habers Ehefrau) kennen lernen. Medienkompetenz Die Schülerinnen und Schüler sollen relevante Inhalte aus Online-Dokumenten exzerpieren, ordnen und aufarbeiten. den Rechner zur Informationssuche verwenden können. ein Plakat erstellen, das die Ergebnisse der Gruppenarbeit strukturiert zusammenfasst. Sozialkompetenz Die Schülerinnen und Schüler sollen in der Gruppenarbeitsphase konstruktiv mit den Vorschlägen anderer Schülerinnen und Schüler umgehen. auf der Basis des angeeigneten Wissens einen Sachverhalt gemeinsam diskutieren, argumentieren und überprüfen. in der Gruppenarbeit eigenverantwortlich Inhalte erarbeiten, auswählen und gemeinsam präsentieren. sich bei der Podiumsdiskussion frei und selbstsicher äußern. Thema Fritz Haber: Genie oder Völkermörder? Autoren David Fischer, Silke Weiß Fach Chemie; fächerübergreifend Aspekte: Politikwissenschaft, Religion/Ethik, Geschichte (Krieg und Frieden, Verantwortung des Wissenschaftlers) Zielgruppe Jahrgangsstufe 13 (G9) beziehungsweise 12 (G8), bevorzugt Leistungskurs Zeitraum 5-6 Stunden Technische Voraussetzungen ein Computer pro Arbeitsgruppe Silke Weiß studierte an der Universität zu Heidelberg und Frankfurt die Fächer Biologie, Chemie, Spanisch und Deutsch auf Lehramt (Sek II) und arbeitet am Alten Kurfürstlichen Gymnasium in Bensheim (Hessen). Sie ist zur Zeit im Projekt "Lehr@mt: Medienkompetenz als Phasenübergreifender Qualitätsstandard" abgeordnet an das Institut für Didaktik der Chemie der Universität Frankfurt und betreut dort den Bereich "Kompetent Chemie unterrichten mit Neuen Medien". Vorwissen der Schülerinnen und Schüler Die Schülerinnen und Schüler sollten das chemische Gleichgewicht und Massenwirkungsgesetz bereits kennen gelernt haben. Technische Voraussetzungen Die WebQuest-Materialien dieser Unterrichtseinheit sind HTML-Seiten, die mit jedem gängigen Browser betrachtet werden können. Die Schülerinnen und Schüler sollten Zugang zu einem Drucker haben, um zum Beispiel das Anmeldeformular für den Kongress ausdrucken zu können, aus dem sich dann die Gruppeneinteilung ergibt (siehe Aufgabenseite im WebQuest; "Internetadresse" oder "Download" auf der Startseite der Unterrichtseinheit). Chemie Der WebQuest soll von Schülerinnen und Schülern der Oberstufe (vorzugsweise Leistungskurs) bearbeitet werden. Inhaltlich greift er das verbindliche Unterrichtsthema "Ammoniaksynthese" auf und leitet auch zu einem Demonstrationsversuch an. Die Thematisierung des Haber-Bosch-Verfahrens als Beispiel für das "Prinzip des kleinsten Zwangs" ist im G9-Lehrplan für die Jahrgangsstufe 13 vorgesehen. Zukünftige G8-Oberstufen behandeln dieses Prinzip entsprechend in Jahrgangsstufe 12. Politikwissenschaft, Religion/Ethik Das Haber-Bosch-Verfahren ist als technisches Verfahren über den Chemieunterricht hinaus als fakultativer Unterrichtsinhalt mit Querverweisen zu dem Themengebiet "Krieg und Frieden" (zum Beispiel Politikwissenschaft, Religion/Ethik) möglich. Die Unterrichtseinheit reiht diese Leistung Fritz Habers neben anderen Forschungen ein und erweitert das Wirken Habers um den Aspekt der Verantwortung eines Chemikers. Somit kann der im Lehrplan geforderten Entwicklung eines Wertebewusstseins und der Berücksichtigung der Würde des Menschen Rechnung getragen und die im Lehrplan vorgeschlagene Fächervernetzung hergestellt werden (Politikwissenschaft, Geschichte, Ethik oder der Religion). Einstieg Eine fiktive "Einladung" mit dem provozierenden Untertitel stellt den Einstieg in den WebQuest dar. Ein Professor lädt Studentinnen und Studenten verschiedener Universitäten - darunter auch solche der Universität zu Berlin, an der Fritz Haber selber lehrte - ein, die Fragestellung "Genie oder Völkermörder" kontrovers auf einem "Jungwissenschaftler-Kongress" zu diskutieren. Die Schülerinnen und Schüler erarbeiten zunächst in Expertengruppen ("Arbeitsgruppen") individuelle Antworten auf die zentrale Fragestellung, ob Haber ein Genie oder "Völkermörder" sei. Dabei informieren sie sich anhand vorgegebener Links gemäß der Rollen, in die sie schlüpfen. Dies sind Studierende folgender Fächer oder Fachbereiche: Chemie Physikalische Chemie Geschichte Soziologie "Postersession" und "Kongress" Die Gruppen präsentieren ihre Ergebnisse in Form von Plakaten - ähnlich, wie es auch auf echten wissenschaftlichen Versammlungen der Fall ist ("Poster-Session"). Daraus ergibt sich eine abschließende Podiumsdiskussion, die von den nicht direkt teilnehmenden Schülerinnen und Schülern schriftlich zusammengefasst wird. Demonstrationsexperiment Im Rahmen des WebQuest ist ein Versuch zur Darstellung von Ammoniak nach dem Haber-Bosch-Verfahren vorgesehen. (Nur die Gruppe der Chemikerinnen und Chemiker wird das Experiment vorführen.) Ausgehend von einem zentralen WebQuest-Dokument erarbeiten Schülerinnen und Schüler mithilfe des Internets ein Wissensgebiet und präsentieren anschließend ihre Ergebnisse. Die Arbeit mit dem WebQuest erfolgt in den Schülergruppen eigenständig und selbst gesteuert. Der Lehrkraft kommt die Rolle eines Lernbeobachters zu. Allgemeine Informationen zum Thema WebQuest im naturwissenschaftlichen Unterricht finden Sie hier: WebQuests in den Naturwissenschaften Informationen zu den internetbasierten "Lernabenteuern" Expertengruppen In der ersten Phase der Bearbeitung des WebQuest werden vier Arbeits- oder "Expertengruppen" gebildet, die sich mit den folgenden Schwerpunkten beschäftigen. Die Zuordnung der Schülerinnen und Schüler zu den Arbeitsgruppen kann eigenständig erfolgen. Zu beachten ist hierbei, dass nur die Gruppe der Chemikerinnen und Chemiker den Versuch zur Darstellung von Ammoniak durchführt. Studierende der Physikalischen Chemie (Universität zu Berlin) Aufgabe dieser Arbeitsgruppe ist es, den anderen Gruppen die Leistungen und vielseitigen Forschungen Fritz Habers vorzustellen. (Haber studierte und lehrte unter anderem auch an der Universität zu Berlin.) So versuchte Haber zum Beispiel im Jahr 1921 aus Meerwasser Gold zu gewinnen, um so Deutschlands Reparationszahlungen an die Alliierten zu unterstützen. Die Forschungen zur Schädlingsbekämpfung und den Flammenreaktionen gehören ebenfalls zu den weniger bekannten Aktivitäten Habers, die in der Arbeitsgruppe "Physikalische Chemie" gelesen und den anderen Gruppen vorgestellt werden sollen. Studierende der Geschichte (Universität zu Tübingen) Diese Arbeitsgruppe untersucht die Verwicklungen Habers in den ersten Weltkrieg und deckt historische Zusammenhänge auf. Am 22. April 1915 in Belgien (Ypern) wurden zum Beispiel auf Anraten Habers erstmals 150 Tonnen Chlorgas als "moderne Massenvernichtungswaffe" eingesetzt. Studierende der Soziologie (Universität zu Darmstadt) Die Arbeitsgruppe der Soziologen untersucht die Rolle der Frau in der Wissenschaft zur damaligen Zeit und erweitert so das Hauptthema um einen wichtigen Aspekt. Im Mittelpunkt dieser Gruppenrecherche steht Habers Ehefrau Clara Immerwahr, ihr Standpunkt zu den umstrittenen Aktivitäten Habers und ihr tragisches Schicksal. Studierende der Chemie (Universität zu Frankfurt) Die Arbeitsgruppe der Chemikerinnen und Chemiker konzentriert sich auf die Forschungen Habers rund um die Ammoniak-Hochdrucksynthese. Zu den Aufgaben dieser Arbeitsgruppe gehört neben einer vergleichenden Literaturrecherche auch die Durchführung eines Modellversuches zur Haber-Bosch-Ammoniaksynthese im kleinen Maßstab. Zeitaufwand Für die Arbeitsphase mit dem WebQuest sind in dieser Unterrichtseinheit etwa zwei bis drei Stunden zu veranschlagen. Für ihre jeweiligen Forschungsgebiete steht den Schülerinnen und Schülern im Quellenbereich der WebQuest-Seite eine Liste mit mehr aus dreißig ausgewählten Links zur Verfügung. Ein Teil der Literatur liegt auch als PDF-Dokument vor, von dem bei Bedarf je ein Exemplar pro Gruppe ausgedruckt werden kann. Darüber hinaus ist es hilfreich, wenn sich die Lernenden selbstständig in der Schul- oder Stadtbibliothek weitere Materialien beschaffen. Poster-Session Mithilfe der verschiedenen Quellen wird von jeder der vier Arbeitsgruppen ein Plakat erstellt, das die wichtigsten Informationen und Erkenntnisse zu den jeweiligen Schwerpunktthemen der Gruppe enthält. Diese Plakate - die im Ansatz den Kriterien eines wissenschaftlichen Plakates genügen sollen - werden zum "Kongress" mitgebracht und dort im Rahmen einer "Poster-Session" ausgestellt. Auf diese Weise werden die sich gegenseitig ergänzenden Informationen und Facetten zu Fritz Habers Leben und Werk allen Schülerinnen und Schülern schon transparent, bevor die Diskussion beginnt. Es ist daher darauf zu achten, dass der Inhalt der Plakate von einem unwissenden Betrachter in fünf bis zehn Minuten erfasst werden kann! Fritz Habers Forschungen werden in der Diskussion nicht allein auf die Ammoniak-Hochdrucksynthese reduziert, sondern in den historischen Kontext eingebettet und kritisch beleuchtet. Zeitaufwand Für die Erstellung der Plakate wird eine Schulstunde benötigt. Die Ausstellung der Plakate dauert etwa eine halbe Stunde. Dies sollte optimalerweise zu Beginn einer Doppelstunde geschehen, da die restliche Zeit dann für den Kongress verwendet werden kann. Podiumsdiskussion Nach der Recherche und Sicherungsphase (Erstellung der Plakate) werden in einer Podiumsdiskussion ("Jungwissenschaftler-Kongress") Vertreterinnen und Vertreter jeder Arbeitsgruppe zu Wort kommen (insgesamt acht Personen) und Habers Aktivitäten kritisch kommentieren. Zentral ist hierbei die Ausgangsfrage, ob Haber ein Genie oder ein Völkermörder sei. Planung Für den Jungwissenschaftler-Kongress ist in dieser Unterrichtseinheit eine Unterrichtsstunde zu veranschlagen. Darin ist die Nachbesprechung nicht enthalten. Schülerinnen und Schüler, die nicht aktiv am Kongress beteiligt sind, erstellen eine stichpunktartige Zusammenfassung des Disputes, in der die unterschiedlichen Sichtweisen der Arbeitsgruppen und ihr Bezug zu der Ausgangsfrage dargestellt werden. Die Zusammenfassungen sollen mit einer persönlichen Stellungnahme enden. Silke Weiß studierte an der Universität zu Heidelberg und Frankfurt die Fächer Biologie, Chemie, Spanisch und Deutsch auf Lehramt (Sek II) und arbeitet am Alten Kurfürstlichen Gymnasium in Bensheim (Hessen). Sie ist zur Zeit abgeordnet im Projekt "Lehr@mt: Medienkompetenz als Phasenübergreifender Qualitätsstandard" an das Institut für Didaktik der Chemie der Universität Frankfurt und betreut dort den Bereich "Kompetent Chemie unterrichten mit Neuen Medien".

In der Unterrichtseinheit "Umgang mit dem Gasbrenner: der Gasbrenner-Führerschein" lernen die Schülerinnen und Schüler in den ersten Stunden des Chemie-Unterrichts den sicheren Umgang mit dem Gasbrenner, indem sie die Bauteile vom Teclu-Brenner oder Bunsenbrenner benennen und Schritt für Schritt an das Entzünden herangeführt werden.Im Chemie-Anfangsunterricht der Sekundarstufe I starten die Lernenden oft mit der Hoffnung auf spannende Experimente und aufregende Unterrichtssituationen. Um die Motivation zu erhalten und gleichzeitig von Anfang an das sichere Arbeiten und die Selbstständigkeit bei Versuchen zu trainieren, bietet es sich an, zuerst den Umgang mit dem Gasbrenner zu erlernen. Dieses Unterrichtsmaterial eignet sich daher für die ersten Stunden im Chemie-Unterricht, in denen die Schülerinnen und Schüler relevante Sicherheitsregeln kennenlernen müssen, bevor sie die ersten Experimente durchführen können. Als Einführung in das Fach Chemie erarbeiten die Lernenden dabei zunächst je nachdem, welches Gerät im Unterricht verwendet wird, die Bauteile vom Teclu-Brenner oder auch vom Bunsenbrenner, bevor sie Stück für Stück an das Entzünden des Gasbrenners herangeführt werden, das die schließlich in einer abschließenden Prüfung für den Gasbrenner-Führerschein unter Beweis stellen. Zum Abschluss der Einheit ist es für die Lernenden damit selbstverständlich, dass sie beim Experimentieren beispielsweise Schutzbrillen tragen, lange Haare zusammenbinden, den Tisch vorab aufräumen und den Gasbrenner kippsicher aufstellen. Das Thema "Umgang mit dem Gasbrenner: der Gasbrenner-Führerschein" im Unterricht Bei vielen Versuchen im Chemie-Unterricht wird der Gasbrenner benötigt, wenn auch nur oft sehr kurz. Es ist daher sinnvoll, wenn die Lernenden den Gasbrenner ganz selbstverständlich und ohne Berührungsängste nutzen können. Durch dieses Unterrichtsmaterial zum Umgang mit dem Gasbrenner haben die Schülerinnen und Schüler Gelegenheit, die Arbeit mit dem Gasbrenner oder auch Bunsenbrenner zu trainieren, relevante Sicherheitsregeln kennenzulernen und das selbstständige Arbeiten in ihrer Stammgruppe zu üben. Vorkenntnisse Die Lernenden sollten die allgemeinen Sicherheitsregeln für den Chemie-Raum kennen. Didaktische Analyse Zum Einstieg schauen die Lernenden sich den Gasbrenner genau an und finden heraus, welche Bauteile beweglich sind, wie man sie bewegt und was dabei passiert. Sie stellen erste Vermutungen über die Aufgaben der Bauteile an. Da es noch nicht darum geht, den Gasbrenner anzuzünden, können alle Lernenden unbefangen arbeiten. Anschließend werden die Bezeichnungen und Bauteile vorgestellt, durch die Lernenden zugeordnet und die Aufgaben kurz zusammengefasst. Ein erstes, von der Lehrkraft begleitetes, Anzünden kann an dieser Stelle des Unterrichts bereits erfolgen, um zunächst die Erwartung der Lernenden zu befriedigen. Bevor die Lernenden den Gasbrenner selbstständig anzünden dürfen, erarbeiten sie sich die Abläufe vor dem Anzünden und beim Löschen. Anhand dieser wird der richtige Umgang mit dem Gasbrenner geübt. Zum Schluss zeigen die Lernenden bei einer praktischen Prüfung, dass sie den Gasbrenner vorschriftsmäßig anzünden können und erhalten dafür den "Gasbrenner-Führerschein", die Bestätigung ihrer neu erworbenen Kenntnisse und Belohnung zugleich. Methodische Analyse Die Arbeit in der Gruppe oder in Partnerarbeit führt dazu, dass die Lernenden etwaige Berührungsängste nach und nach abbauen. Die Gruppe kann Hilfestellung beim Umgang mit dem Gasbrenner geben und ermutigen. In Erarbeitungsphasen können unsichere Lernende sich zuerst in der Gruppe oder beim Partner rückversichern, bevor sie ihre Ergebnisse im Plenum vorstellen. Die praktische Prüfung am Schluss verdeutlicht den Lernenden die Relevanz dieser Unterrichtssequenz und motiviert zum Mitmachen. Erkenntnisgewinnung Die Schülerinnen und Schüler beobachten Phänomene nach vorgegebenen Kriterien. stellen Untersuchungsmaterialien nach Vorgaben zusammen und nutzen sie unter Beachtung von Umwelt- und Sicherheitsaspekten. Kommunikation Die Schülerinnen und Schüler finden Informationen zu vorgegebenen Begriffen in ausgewählten Quellen und fassen sie angemessen zusammen. arbeiten mit einer Partnerin, einem Partner oder in einer Gruppe gleichberechtigt, zielgerichtet und zuverlässig. beachten unterschiedliche Sichtweisen. Fachwissen Die Schülerinnen und Schüler können Fachbegriffe angemessen und korrekt verwenden.

In dieser Unterrichtssequenz zum Themenbereich "Feuer und Verbrennung" lernen die Schülerinnen und Schüler die Voraussetzungen für eine Verbrennung kennen und trainieren das sichere Experimentieren im Chemie-Unterricht. Der Themenbereich "Feuer und Verbrennung" ist eines der ersten Themen im Chemie-Unterricht der Sekundarstufe I, in dem es tatsächlich um chemische Reaktionen mit ihren Stoff- und Energieumsätzen geht. In diesem Kontext werden Grundlagen für das Verständnis von Oxidation und Reduktion und Atombau geschaffen. Die Versuche, die im Unterricht gemacht werden, werden sowohl in der Durchführung als auch im "Gehalt" anspruchsvoller. Die Lernenden werden durch den vorliegenden Einstieg in das Unterrichtsthema "Feuer und Verbrennung" auf die Unterrichtsreihe eingestimmt. Beobachtungen aus dem Alltag werden in Versuchen im Chemie-Labor wiederholt und erklärt. Dabei kommt es vor allem auf das genaue Beobachten während des Versuchs an. Vorkenntnisse Die Lernenden kennen einfache Trennverfahren. Sie wissen, dass bei chemischen Reaktionen neue Stoffe entstehen, die nicht durch einfache Trennverfahren in die Ausgangsstoffe umgewandelt werden können. Sicherer Umgang mit dem Gasbrenner und Kenntnis der Sicherheitsregeln im Chemieraum werden vorausgesetzt. Didaktische Analyse Feuer ist allen Lernenden bekannt und für sie auch interessant, besonders wenn es um spektakuläre Explosionen oder bunte Flammenfärbung geht. Viele Kinder beziehungsweise Jugendliche haben im privaten Umfeld bereits Feuer gemacht (Grill, Lagerfeuer). In dieser Unterrichtseinheit werden ihre Kenntnisse und Erfahrungen aufgegriffen und alltägliche Beobachtungen erklärt. Methodische Analyse Der Einstieg in die Unterrichtseinheit "Feuer und Verbrennung" erfolgt über die Planung einer Grillparty. Dies motiviert die Lernenden dadurch, dass sie alle etwas dazu beitragen können und selbst schon Erfahrungen zu diesem Thema gemacht haben. Die Lehrperson kann währenddessen einschätzen, welche unterschiedlichen Vorstellungen und Vorkenntnisse zum Thema Verbrennung bei den Schülerinnen und Schülern bestehen. Zu jeder Voraussetzung der Verbrennung leitet ein unkomplizierter Versuch, in dem Beobachten und daraus Schlüsse zu ziehen trainiert werden. Zudem wird ein routinierter, sicherer Versuchsablauf im Hinblick auf spätere Versuche mit dem Gasbrenner unterstützt. Umgang mit Fachwissen Die Schülerinnen und Schüler können die Bedingungen für einen Verbrennungsvorgang beschreiben. Erkenntnisgewinnung Die Schülerinnen und Schüler können Glut- oder Flammenerscheinungen nach vorgegebenen Kriterien beobachten und beschreiben. Bewertung Die Schülerinnen und Schüler bewerten die Brennbarkeit von Stoffen. begründen Sicherheitsregeln im Umgang mit brennbaren Stoffen und offenem Feuer.

In dieser Unterrichtseinheit zum Teilchenmodell gehen die Lernenden durch einen Versuch Schuhkartons der Frage nach, wie kleine Teilchen aussehen und ob das überhaupt festzustellen ist, wenn diese Teilchen doch für uns nicht sichtbar sind. Dabei erkennen sie, dass ein Modell im Chemie-Unterricht wie das der kleinen Teilchen eine Hilfe zur Vorstellung ist, aber nicht die Wirklichkeit zeigt.Mit diesem Unterrichtsmaterial vertiefen die Schülerinnen und Schüler im Anschluss an die Einheit " Einführung in das Teilchenmodell: kleine Teilchen " ihre Kenntnisse zum Aufbau der Stoffe. Die Lernenden finden im "Karton-Versuch" so viel wie möglich über einen Gegenstand im Karton heraus, ohne dass sie diesen sehen können. Dabei merken sie, dass sie nach dem Versuch viel, aber nicht alles über diesen Gegenstand wissen. Ihre Beschreibung des nicht sichtbaren Teils stimmt nicht genau, aber sie reicht aus, um sich den Gegenstand genauer vorzustellen. Dieses Verständnis wird übertragen auf das Thema "Kleine Teilchen", um zu vermitteln, dass das Teilchenmodell im Chemie-Unterricht nicht zeigt, wie kleine Teilchen tatsächlich aussehen, sondern eine Hilfe für die Vorstellung sein soll. Es werden dazu verschiedene Gegenstände wie kleine und große Kugeln aus unterschiedlichem Material (zum Beispiel Würfel, ein kleiner quadratischer Karton, runde und eckige Stifte, Lineal…) in Schuhkartons versteckt. Wichtig ist, dass die Lernenden einige Eigenschaften der Gegenstände erkennen beziehungsweise vergleichen können (ungefähre Form, Masse, Länge…) und andere nicht (Farbe, Beschaffenheit der Oberfläche, genaue Form…). In Gruppen versuchen sie dann möglichst genau zu beschreiben, was sich wohl in dem Karton verbergen könnte. Die Schülerinnen und Schüler erkennen in dieser Einheit, dass alles aus kleinen Teilchen besteht. Im Anschluss an den Versuch zeichnen sie kleine Teilchen von Salz, Eisen und Wasser selbst auf einem Arbeitsblatt und vertiefen damit ihr Modell-Verständnis. Das Thema "Kleine Teilchen" im Unterricht Die Struktur der Materie begreiflich zu machen ist eine der schwierigen Aufgaben des Chemie-Unterrichts der Sekundarstufe. Die kleinen Teilchen können nur mit Modellen vorstellbar gemacht werden. Allerdings wird über die Vermittlung von Modellvorstellungen kontrovers diskutiert, unter anderem da bei den Lernenden Modelle und Wirklichkeit oft vermischt werden und die Modelle im Verlauf des Unterrichts stark verändert werden (müssen). Zumindest sollte also allen Lernenden klar sein, dass das Teilchenmodell nicht zeigt, wie diese Teilchen tatsächlich aussehen, sondern eine Hilfe für die Vorstellung sein soll. Dann ist es für den Anfangsunterricht im Fach Chemie ein brauchbares Modell. Vorkenntnisse Die Lernenden kennen verschiedene Eigenschaften von Stoffen und ihre Untersuchung. Didaktische Analyse Die selbst hergestellten Knet-Modelle der Einheit " Einführung in das Teilchenmodell: kleine Teilchen " motivieren die Lernenden dazu, herauszufinden, ob eines der Modelle der Wirklichkeit entspricht. Eine wissenschaftlich korrekte Antwort auf diese Frage ist zu diesem Zeitpunkt des Chemie-Unterrichts leider unmöglich, stattdessen muss jede Lehrkraft für sich überlegen, wie sie sich der Antwort nähern kann und gleichzeitig die Grenzen des Zeit- und Lehrplans nicht sprengt. Dieser Versuch mit Schuhkartons bringt den Lernenden daher näher, dass sie nicht sichtbare Dinge auch nicht vollständig beschreiben können, jedoch eine grobe Vorstellung entstehen kann. Diese Erkenntnis wird anschließend auf die Vorstellung der kleinen Teilchen übertragen. Methodische Analyse Die Knet-Modelle der oben genannten Einheit können als Einstieg dienen und die Erinnerung an das Ergebnis der vergangenen Stunde aktivieren. Daraus entsteht die Frage, wie die kleinen Teilchen von Zucker denn wirklich aussehen und ob eines der Knet-Modelle "richtig" ist. Der Versuch in dieser Stunde und die entsprechende Auswertung bringen eine Annäherung an die Antwort. Am Ende steht die Einigung auf ein Modell für die kleinen Teilchen, mit dem im Chemie-Unterricht vorerst gearbeitet werden kann, auch wenn es nicht vollständig der Wirklichkeit entspricht. Fachkompetenz Die Schülerinnen und Schüler beschreiben Phänomene und Vorgänge mit einfachen naturwissenschaftlichen Konzepten. verwenden bei der Beschreibung naturwissenschaftlicher Sachverhalte Fachbegriffe angemessen und korrekt. beobachten Phänomene nach vorgegebenen Kriterien und unterscheiden zwischen der Beschreibung und der Deutung einer Beobachtung. beschreiben einfache Modelle zur Veranschaulichung naturwissenschaftlicher Zusammenhänge und geben Abweichungen der Modelle von der Realität an. Medienkompetenz Die Schülerinnen und Schüler lesen altersgemäße Texte mit naturwissenschaftlichen Inhalten wie die Informationen zum Thema "Kleine Teilchen" Sinn entnehmend und fassen sie sinnvoll zusammen. Sozialkompetenz Die Schülerinnen und Schüler arbeiten bei dem "Karton-Versuch" mit einer Partnerin, einem Partner oder in einer Gruppe gleichberechtigt, zielgerichtet und zuverlässig zusammen.

In dieser Unterrichtssequenz aus der Reihe "Feuer und Verbrennung" lernen die Schülerinnen und Schüler die Nachweise für die Verbrennungsprodukte Wasser und Kohlenstoffdioxid kennen und führen entsprechende Versuche durch. Nachdem die Lernenden in den vorherigen Stunden der Unterrichtsreihe "Feuer und Verbrennung" bereits die Voraussetzungen für eine Verbrennung kennengelernt haben und sich mit der Frage auseinandergesetzt haben, was eine Flamme eigentlich ist , wissen sie theoretisch, welche Produkte bei der Verbrennung entstehen. Sie haben diese Verbrennungsprodukte aber noch nicht selbst nachgewiesen. Dies ist Thema der vorliegenden Unterrichtseinheit, die für ein bis zwei Unterrichtsstunden im Fach Chemie konzipiert ist. Zunächst müssen die Schülerinnen und Schüler in der Theorie wissen, wie der Nachweis von Wasser und Kohlenstoffdioxid funktioniert. Anschließend erstellen sie eine entsprechende Versuchsanleitung. Zum Schluss führen sie den Versuch zum Nachweis der Verbrennungsprodukte durch und können dabei selbst erfahren, ob ihre Versuchsanleitung vollständig ist. Das Thema Verbrennung im Unterricht Feuer und Verbrennung ist eines der ersten Themen im Chemie-Unterricht, in dem es tatsächlich um chemische Reaktionen mit ihren Stoff- und Energieumsätzen geht. In diesem Kontext werden Grundlagen für das Verständnis von Oxidation und Reduktion und Atombau geschaffen. Die Versuche, die im Unterricht gemacht werden, werden sowohl in der Durchführung als auch im "Gehalt" anspruchsvoller. Vorkenntnisse Die Lernenden kennen die Voraussetzungen für eine Verbrennung und wissen, dass eine Flamme brennendes Gas ist. Sie haben bereits erfahren, dass bei der Verbrennung von Kerzenwachs Kohlenstoffdioxid und Wasser entstehen. Sie kennen den Aufbau einer Versuchsanleitung aus dem Unterricht. Die Kenntnis der Sicherheitsregeln im Chemieraum wird vorausgesetzt. Didaktische Analyse Durch die zentrale Fragestellung der Stunde werden die Lernenden dann einen Schritt näher zum wissenschaftlichen Arbeiten hingeführt: Erkenntnisse müssen nachgewiesen werden. In diesem Fall muss nachgewiesen werden, dass tatsächlich Wasser und Kohlenstoffdioxid als Verbrennungsprodukte entstehen. Die Aussicht, den selbst erarbeiteten Versuchsablauf später auch durchführen zu können, motiviert die Lernenden während des theoretischen Teils der Stunde. Methodische Analyse Zum Einstieg in die Unterrichtseinheit "Feuer und Verbrennung: Verbrennungsprodukte nachweisen" werden die Kenntnisse der Lernenden zuerst allein, dann mit einer Partnerin beziehungsweise einem Partner und anschließend im Plenum wiederholt. Dieser Ablauf ermöglicht auch unsicheren Lernenden, mitzuarbeiten. Beim Think-Pair-Share wird das Wissen der Lernenden in Erinnerung gerufen und die Fragestellung für die Stunde wird gemeinsam herausgearbeitet. Durch die Erstellung der Versuchsanleitung trainieren die Lernenden wichtige Kompetenzen des Chemie-Unterrichts und können ihre bereits erworbenen Fähigkeiten anwenden. Die folgende Durchführung dieser Versuche gibt ihnen eine direkte Rückmeldung über die Vollständigkeit und Richtigkeit ihrer Anleitung. Erkenntnisgewinnung Die Schülerinnen und Schüler formulieren zu naturwissenschaftlichen Fragestellungen begründete Hypothesen und geben Möglichkeiten zu ihrer Überprüfung an. führen Untersuchungen und Experimente selbstständig, zielorientiert und sachgerecht durch und benennen dabei mögliche Fehlerquellen. können Kohlenstoffdioxid (und Wasser) experimentell nachweisen und die Nachweisreaktion beschreiben. Kommunikation Die Schülerinnen und Schüler halten bei Untersuchungen und Experimenten Fragestellungen, Handlungen, Beobachtungen und Ergebnisse nachvollziehbar schriftlich fest. finden Informationen zu vorgegebenen Begriffen in ausgewählten Quellen und fassen sie zusammen.

Mit diesem Unterrichtsmaterial zum Teilchenmodell beobachten die Lernenden, was mit einem Zuckerwürfel in einem Glas Wasser passiert. Dann modellieren sie kleine Teilchen aus Knete so, wie sie in ihrer Fantasie aussehen und entwickeln eine erste Vorstellung vom Aufbau der Stoffe.Diese motivierende und praxisnahe Einführung in das Teilchenmodell hilft den Schülerinnen und Schülern dabei, den Aufbau der Materie aus kleinen Teilchen im Chemie-Unterricht zu begreifen. Die Lernenden beobachten bei einem Versuch, wie ein Zuckerwürfel in Wasser in immer kleinere Kristalle zerfällt und sich schließlich ganz auflöst. Vermutlich ist ihnen klar, dass der Zucker trotzdem noch im Glas ist, was man durch Probieren oder Eindampfen beweisen kann. Sie müssen nun überlegen, was mit dem Zucker passiert sein könnte. An dieser Stelle geht es darum, eine Vorstellung davon zu entwickeln, dass alles aus unsichtbaren Teilchen aufgebaut ist. Es ist hier zunächst nicht wichtig, ob es sich um Moleküle oder Atome handelt und wie diese genau aussehen. Dieses Wissen wird im weiteren Verlauf des Unterrichts schrittweise erarbeitet und ergänzt. Vielmehr wird also ein Grundverständnis vermittelt, dass alles aus "kleinen Teilchen" besteht. Durch die Einheit Kleine Teilchen im Modell: Vertiefung am "Karton-Versuch" kann diese Einführung sinnvoll im Unterricht fortgesetzt werden. Das Thema "Teilchenmodell" im Unterricht Die Struktur der Materie begreiflich zu machen ist eine der schwierigen Aufgaben im Chemie-Unterricht. Die kleinen Teilchen können immer nur mit Modellen erklärt werden. Diese Modelle entwickeln sich während des Chemie-Unterrichts zunehmend weiter und nähern sich der Wirklichkeit an. Damit die Lernenden diese Entwicklung nachvollziehen können, sollte das Teilchenmodell nicht zu schnell und abstrakt eingeführt werden. Vorkenntnisse Die Lernenden kennen verschiedene Stoffeigenschaften und ihre Untersuchung. Didaktische Analyse Die Lernenden schließen aus dem, was sie im Versuch sehen können, auf das, was passiert, auch wenn sie es nicht mehr sehen können. Dadurch kann ihre Vorstellung auf Beobachtungen aufbauen, anders als wenn das erste Teilchenmodel rein informierend eingeführt wird. Die Idee, dass der Zucker irgendwann nicht mehr zerfällt und seine "kleinen Teilchen" erreicht sind, kann spontan von den Lernenden kommen oder in der Besprechung von der Lehrkraft erwähnt werden. Durch das Darstellen der kleinen Teilchen mit Knete wird das Teilchenmodell wieder von einer abstrakten Idee auf eine konkretere Ebene gebracht und zudem bietet es einen Anknüpfungspunkt für die Weiterentwicklung des Teilchenmodells zu einem Kugelteilchenmodell in der folgenden Stunde. Mit diesem Modell kann im Chemie-Unterricht lange Zeit gearbeitet werden, um Sachverhalte zu erklären. Methodische Analyse Die Aussicht auf einen Versuch in der Gruppe motiviert die Lernenden erfahrungsgemäß ausreichend, sodass ein ausführlicher Einstieg in das Thema entfallen kann. Vielmehr stellt der Versuch ja schon einen Einstieg dar. In der Gruppe (und durch gezielte Anregungen und Denkanstöße durch die Lehrkraft) entsteht beim Beobachten eine Vorstellung davon, was beim Versuch passiert, auch wenn die Lernenden es nicht sehen können. Der Ideenaustausch in der Gruppe während des Versuchs stellt sicher, dass alle Lernenden mitbekommen, was passiert. Durch einen kurzen Eintrag im Heft wird der Sachverhalt geordnet dargestellt. Fachkompetenz Die Schülerinnen und Schüler beschreiben Phänomene und Vorgänge am Beispiel des Teilchenmodells mit einfachen naturwissenschaftlichen Konzepten. begründen Vermutungen zu naturwissenschaftlichen Fragestellungen mithilfe von Alltagswissen und einfachen fachlichen Konzepten, indem sie überlegen, was mit dem Zucker im Wasser bei dem Versuch passiert sein könnte. Sozialkompetenz Die Schülerinnen und Schüler benennen auf der Grundlage vorgegebener Informationen Handlungsmöglichkeiten. beschreiben naturwissenschaftliche Sachverhalte für andere nachvollziehbar.

Im Rahmen eines BlogQuests - ein WebQuest, der mit einem Blog erstellt wurde - informieren sich Schülerinnen und Schüler über verschiedene erneuerbare Energien und diskutieren über Handlungsperspektiven für die Zukunft. Als Rahmenhandlung dient eine fiktive UN-Umweltkonferenz im Jahr 2010.Die schwindenden fossilen Energieressourcen der Erde sowie die damit verbundene Umweltbelastung und der daraus resultierende Klimawandel zeigen, dass Handlungsbedarf besteht. Zum Thema "Energie und Zukunft" gibt es viele Ansätze, doch es steht außer Frage, dass der Klimawandel zumindest aufgehalten werden muss. Ein möglicher Ausweg könnte der vermehrte Einsatz erneuerbarer Energien sein, wie zum Beispiel Photovoltaik, Geothermie oder Gezeiten- und Osmosekraftwerke. Natürlich stellt sich hierbei die Frage nach der Umsetzbarkeit, Effektivität und Nachhaltigkeit derartiger Technologien. Vor dem Hintergrund einer UN-Umweltkonferenz sollen sich die Schülerinnen und Schüler in die Rolle von UN-Experten versetzen und verschiedene Möglichkeiten erneuerbarer Energien auf globaler Ebene diskutieren. Dabei sammeln sie durch Recherche auf vorgegebenen Webseiten Fachwissen, mit dem sie bei der Konferenz die eigenen Argumente begründen beziehungsweise untermauern. Geht es nicht auch ohne Energie? Energie geht alle etwas an - nicht zuletzt aus dem Grund, da jede und jeder im Alltag darauf angewiesen ist. Im 21. Jahrhundert funktioniert nahezu nichts ohne den "Stoff" aus der Steckdose oder dem Tiger im Tank. Das Problem besteht lediglich darin, dass die fossilen Energieträger, wie beispielsweise Erdöl und Braunkohle mittelfristig zu Neige gehen werden. Zudem sorgen diese für nicht unerhebliche CO2-Emissionen, welche das Erdklima nachweislich beeinflussen. Sicherlich findet man hier und da technologische Optimierungen. So werden Automotoren entwickelt, die bei geringem Treibstoffverbrauch und CO2-Ausstoß sehr effizient arbeiten. Auch wurde die Glühbirne bereits verdrängt, und neueste, energiesparende LED-Technik setzt sich auf dem Markt durch. Doch irgendwann ist Schluss mit den Energieeinsparungen, spätestens dann, wenn im Kohlekraftwerk keine Kohle mehr bereitsteht! Auf der Suche nach Alternativen Erneuerbare und CO2-neutrale Energien sind in Zukunft mehr als gefragt. Doch welche Alternativen gibt es überhaupt? Wie ist der derzeitige Entwicklungsstand? Wo sind die Vor- und Nachteile? Der hier vorgestellte BlogQuest lässt sich gut in den Regelunterricht der Klasse 9 oder 10 einbauen. Es bieten sich hier viele Möglichkeiten (siehe dazu auch Einordnung in den Lehrplan). Der BlogQuest kann auch im Rahmen eines fächerübergreifenden Projekt- oder Methodentages zum Einsatz kommen. Einsatz des BlogQuest im Unterricht Die Unterrichtseinheit richtet sich an Schülerinnen und Schülern der Realschule und des Gymnasiums. Die Arbeit mit dem BlogQuest gestaltet sich für die Lernenden recht einfach, da sie sich von Seite zu Seite vorarbeiten. Lehrplanbezug und Voraussetzungen Die Einordnung des WebQuests in die Lehrpläne von Realschule und Gymnasium sowie in die Typologie des WebQuest-Erfinders Bernie Dodge wird dargestellt. Hinweise zum Unterrichtsverlauf Zeiteinteilung und Ablauf der Unterrichtseinheit werden skizziert. Selbst gesteuertes, problemlösendes und (quellen-)kritisches Arbeiten stehen dabei im Mittelpunkt. Quellen für die Recherche Die aufgelisteten Internetseiten dienen den Arbeitsgruppen als Informationsquellen für den BlogQuest. Die Schülerinnen und Schüler sollen gemäß der Bildungsstandards im Fach Chemie für den Mittleren Schulabschluss in der Lage sein unterschiedliche Internetquellen für ihre Recherchen zu nutzen und themenbezogene und aussagekräftige Informationen für eine Diskussion auszuwählen. (K1/K2) die Ergebnisse ihrer Internetrecherche im Rahmen einer fiktiven Umweltkonferenz zu präsentieren. (K7) im Rahmen einer Diskussion fachlich korrekt und folgerichtig zu argumentieren. (K8) ihre Arbeit als Team zu planen, zu strukturieren, zu reflektieren und zu präsentieren. (K10) erneuerbare Energien aus unterschiedlichen Perspektiven zu diskutieren und zu bewerten. (B5) Thema Gibt es "die" erneuerbare Energie? - Diskussion im Rahmen einer fiktiven UN-Umweltkonferenz Autor Kristina Gojkovic, Thorsten Möller, überarbeitet von Rolf Goldstein Fach Biologie/Chemie, fächerübergreifend Zielgruppe Klasse 9-10, Realschule/Gymnasium Zeitraum 6 Stunden Technische Voraussetzungen Computer mit Internetzugang in ausreichender Anzahl (idealerweise für Partnerarbeit) Chemie: 9G.3 - "Fossile Brennstoffe" Politik und Wirtschaft: 9G.5 - "Ökonomische Bildung: Internationale Wirtschaftsbeziehungen" Chemie: 10.4 - "Brennstoffe" Politik und Wirtschaft: 10.3 "Ökonomische Bildung / Internationale Wirtschaftsbeziehungen" Chemie 10.2 - "Elektrische Energie und chemische Prozesse" Chemie 10.3 - "Fossile Rohstoffe - wie lange noch?" Biologie 9.4 Globale Umweltfragen Politik und Wirtschaft: 10.5 - "Verkehr und Umwelt" Hessisches Kultusministerium (Herausgeber): Lehrplan Chemie. Gymnasialer Bildungsgang, Jahrgangsstufen 8 bis 13. Hessisches Kultusministerium (Herausgeber): Lehrplan Chemie. Gymnasialer Bildungsgang, Jahrgangsstufen 7G bis 9G und gymnasiale Oberstufe.2010 Hessisches Kultusministerium (Herausgeber): Lehrplan Chemie. Bildungsgang Realschule, Jahrgangsstufen 5 bis 10. 2002 Sekretariat der Ständigen Konferenz der Länder in der Bundesrepublik Deutschland (Herausgeber): Beschlüsse der Kultusministerkonferenz. Bildungsstandards im Fach Chemie für den Mittleren Schulabschluss. München/Neuwied: Luchterhand, 2005 Technische Voraussetzungen Die BlogQuest-Materialien dieser Unterrichtseinheit sind HTML-Seiten, die mit jedem gängigen Browser betrachtet werden können. Pro Kleingruppe sollte mindestens ein PC mit Internetzugang vorhanden sein. Um ein erhöhtes Maß an Frustration seitens der Lernenden zu vermeiden sollten folgende Voraussetzungen gegeben sein: Die Schülerinnen und Schüler … wissen aus dem Alltag, was Strom und elektrische Energie sind. … können einschätzen, dass Energie umwandelbar ist ("Energieerhaltungssatz"). … kennen Kraftwerke zur Strom- und Energieerzeugung (zumindest aus den Medien). … sind sich der Gefahren durch Kernenergie und fossiler Energiegewinnung bewusst. … sind im Umgang mit unbekannten Texten und Inhalten geübt. … können mit dem Internet (Suchanfragen, Suchergebnissen, Wikipedia) umgehen. Aufgabentyp "Entscheidungen treffen" WebQuests können nach ihrem Erfinder Bernie Dodge unterschiedlichen Aufgabentypen zugeteilt werden (WebQuest: A Taxonomy of Tasks, 2002). Der hier vorgestellte WebQuest lässt sich dem Aufgabentyp "Entscheidungen treffen" (Judgement Tasks) zuordnen. Dieser Aufgabentyp beinhaltet Kompetenzen aus anderen Aufgabentypen wie "Informationen zusammenstellen" (Compilation Tasks) und "Sachverhalte analysieren" (Analytical Tasks). Darüber hinaus ist aber eine Entscheidung zu treffen, die nachvollziehbar begründet werden muss. Hierbei wird nicht nur reproduziert, sondern problemlösend und (quellen-)kritisch gearbeitet. Gerade dieser Aufgabentyp ist sehr praxisnah und bereitet die Schülerinnen und Schüler auf das spätere Berufsleben oder Studium vor. BlogQuests: Erstellen von WebQuest mit Blogs Der hier vorgestellte WebQuest wurde mit einem Blog erstellt (daher auch die Bezeichnung BlogQuest). Ursprünglich handelt es sich bei Blogs um internetbasierte Tagebücher, in denen man Artikel verfassen und Seiten gestalten kann. Es gibt zahlreiche Provider, wie zum Beispiel Blogger, blog.de oder overblog. Der vorliegende BlogQuest wurde mithilfe von Wordpress erstellt. Die Arbeit mit dieser Online-Plattform ist nach einer kurzen Einarbeitungsphase sehr einfach, da man hier als Autorin oder Autor viele Optionen vorfindet, die von konventioneller Bürosoftware bekannt sind. Die Arbeitsoberfläche von Wordpress ist übersichtlich strukturiert, man benötigt für die Nutzung keine Programmierkenntnisse in HTML oder PHP. Und weil man den BlogQuest ohnehin online erstellt, entfällt auch der Schritt des Hochladens. Blogs ermöglichen somit eine schnelle und komfortable Erstellung von WebQuests. Motivierend einsteigen und Transparenz schaffen In der Einführungsphase soll seitens der Lehrkraft auf das Thema eingestimmt werden. Dies kann beispielsweise in Form eines stummen Impulses geschehen (ein Zeitungsbericht zum Thema, ein kurzes Video oder ein Podcast). Mögliche Impulse sind hier aufgeführt: YouTube-Video: ERENE - Eine Europäische Gemeinschaft für Erneuerbare Energien (Abspielen bis 1:26) YouTube-Video: Energy, let's save it! (Abspielen bis 1:00) faz.net: „Das Zeitalter der erneuerbaren Energien beginnt“ Artikel über die Konferenz "Renewables 2004" Die Schülerinnen und Schüler äußern sich, wobei sich die Lehrkraft zunächst zurückhält. Es kann durchaus passieren, dass eine rege Diskussion entsteht, die man zunächst nicht unterbinden sollte. Es wird sich schnell herausstellen, dass aufgrund vieler Fehlvorstellungen und Halbwissen auf Schülerseite keine fundierte Argumentationsgrundlage vorhanden ist. Nun kann eine Verknüpfung zur Unterrichtseinheit hergestellt werden. Die Lehrkraft erklärt grob die Planung der kommenden Stunden. Ist die Arbeit mit BlogQuests nicht bekannt, sollte hier eine kurze Erläuterung zur Bedienung erfolgen. Wichtig dabei erscheint der Hinweis, dass die Schülerinnen und Schüler selbstständig und eigenverantwortlich ihr Ziel erreichen. Arbeit mit dem BlogQuest Anschließend werden die sechs Arbeitsgruppen gebildet. Die Lernenden können selbst entscheiden, ob sie innerhalb eines Teams arbeitsteilig (empfohlen) oder arbeitsgleich arbeiten. Die Zuordnung der Schülerinnen und Schüler zu den Gruppen erfolgt per Los oder durch eine andere geeignete Methode. Die Arbeit mit dem BlogQuest gestaltet sich für die Lernenden recht einfach, da sie sich von Seite zu Seite vorarbeiten, beginnend mit der Willkommensseite. Die Lernenden arbeiten zunächst innerhalb der Kleingruppen und informieren sich gemäß der von ihnen übernommenen Expertenrolle mithilfe der vorgegebenen Webseiten über Geothermie, Photovoltaik, Solarthermie, Osmosekraftwerk, Gezeitenkraft und Windenergie. Die Ergebnisse ihrer Recherchen werden zunächst in der Kleingruppe zusammengetragen und diskutiert. Dabei kann die Table-Set-Methode gute Dienste leisten, um einen regen Austausch zu fördern. Die Ergebnisse aus den Kleingruppen werden anschließend auf der UN-Umweltkonferenz vorgestellt und diskutiert. Table-Set-Methode Die Schülerinnen und Schüler sollen sich in den Kleingruppen die Quellen gleichmäßig aufteilen und erarbeiten. Im Anschluss daran erfolgt eine Synopse mit Hilfe der Table-Set-Methode. Jede Schülerin/ jeder Schüler notiert zunächst in Stichpunkten die erarbeiteten Argumente auf ihrem/ seinem Abschnitt. Danach lesen die Gruppenmitglieder die Beiträge der anderen durch mehrfaches Drehen. In der folgenden Gruppenarbeitsphase soll sich dann über Gemeinsamkeiten und Unterschiede ausgetauscht werden. Schließlich muss sich die Gruppe auf eine Form der Ergebnispräsentation einigen, welche in der Postermitte dargestellt wird. Selbst gesteuert arbeiten Die Arbeit mit dem BlogQuest erfolgt in den Schülergruppen eigenständig und überwiegend selbst gesteuert. Die Lehrkraft zieht sich weitestgehend zurück. Sie ist jederzeit als beratende Ansprechperson erreichbar und sorgt für ein angemessenes Arbeitsklima. Sie überwacht gegebenenfalls das Vorankommen der einzelnen Gruppen. Der Lehrkraft kommt somit die Rolle eines Lerncoaches zu. Ergänzende Materialien Für ihre jeweiligen Themengebiete stehen den Schülerinnen und Schülern im Quellenbereich des BlogQuests ausgewählte Links zur Verfügung. Darüber hinaus ist es wünschenswert, wenn die Lernenden selbstständig in der Schul- oder Stadtbibliothek weitere Materialien beschaffen. Die Lehrkraft eröffnet als Vorsitz die Umweltkonferenz zum Thema "Die Energie der Zukunft". Die einzelnen Experten präsentieren die ausgearbeiteten Punkte ihrer erneuerbaren Energie. Dabei übernimmt ein Gruppenmitglied die Gesamtmoderation, und alle anderen stellen jeweils einen Themenschwerpunkt vor. Anschließend wird in die Diskussionsphase übergeleitet, bei der es darum geht, die einzelnen Expertenvorschläge gegeneinander abzuwägen und eine Lösung zu finden. Schließlich werden Anträge formuliert, die anschließend zur Abstimmung gebracht werden.

Lernende stellen im Schülerexperiment Nano-Goldpartikel her und erkennen die Farbe der Goldsole als größenabhängige Eigenschaft der Nanopartikel. Interaktive Lernumgebungen visualisieren die Reaktionen auf der Teilchenebene und ermöglichen die Untersuchung der Nanopartikel im virtuellen Elektronenmikroskop.Der erste Teil der fächerübergreifenden Unterrichtseinheit (Chemie und Physik) findet im Schul- oder Schülerlabor statt. Die Lernenden präparieren mithilfe einer Versuchsvorschrift unterschiedlich große Gold-Nanopartikel in Dispersion (Kolloidchemie). Die verschiedenen Größen der Goldpartikel werden schon bei der Präparation an der unterschiedlichen Farbe erkennbar. Der zweite Teil der Unterrichtseinheit findet im Rechnerraum statt. Die Schülerinnen und Schüler wiederholen die Präparation der Gold-Nanopartikel noch einmal im Rahmen eines virtuellen Experiments und können dabei beobachten, was auf der Teilchenebene passiert. Mithilfe eines interaktiven Lernmoduls lernen sie zudem Schritt-für-Schritt die Funktion und Betriebsweise eines Elektronenmikroskops kennen: Sie können ein virtuelles Transmissionselektronenmikroskop bedienen, die (virtuell und/oder real) hergestellten Partikel anschauen und sich davon überzeugen, dass den verschiedenfarbigen Goldsolen unterschiedlich große Nanopartikel zugrunde liegen. Kombination von Realexperiment und Computereinsatz Die Nanotechnologie und speziell die chemische Nanotechnologie bieten Schülerinnen und Schülern keinen unmittelbaren Zugang. Nanoplättchen, Nanostäbchen oder Nanopartikel lassen sich im Schülerexperiment zwar leicht herstellen, zum Beispiel durch Fällungen, jedoch lichtmikroskopisch nicht sichtbar machen. Ein Elektronenmikroskop wäre dafür erforderlich, aber eine solche Hochtechnologie-Apparatur ist für Schule und Schülerlabor viel zu teuer und zu empfindlich. Aus diesem Dilemma heraus entstand die vorliegende Unterrichtseinheit: Für die Präparation von Nanopartikeln sollen die Schülerinnen und Schüler vorzugsweise selbstständig experimentieren und damit die Faszination des Experiments erleben. Die Untersuchung der Produkte im virtuellen Elektronenmikroskop einer interaktiven Lernumgebung erfolgt nach dem Realexperiment im Rechnerraum der Schule. Eine Alternative: Außerschulische Lernorte Falls die räumlichen Möglichkeiten für das Schülerexperiment in der Schule nicht gegeben sind, kann dieser Teil der Unterrichtseinheit in einem außerschulischen Schülerlabor, zum Beispiel an einer Universität, stattfinden. Alternativ kann die Lehrperson den Versuch als Demonstrationsexperiment vorführen. In jedem Fall können die Schülerinnen und Schüler den Versuch am Rechner multimedial durchführen beziehungsweise wiederholen. Teil 1: Kolloidale Systeme Nach der (optionalen) Herstellung von Nano-Goldpartikeln werden die Vorgänge auf der Teilchenebene mithilfe einer Lernumgebung visualisiert. Teil 2: Das Transmissionselektronenmikroskop (TEM) Schülerinnen und Schüler lernen die Funktionsweise eines Elektronenmikroskops kennen und untersuchen virtuell die Größe von Nano-Goldpartikeln. Materialien Hier finden Sie Hinweise zum Einsatz der klassischen Arbeitsblätter und der Lernumgebungen sowie detaillierte Handreichungen zu den virtuellen Experimenten. Fachkompetenz - kolloidale Systeme Die Schülerinnen und Schüler sollen die Begriffe Kolloid und Nanopartikel und ihren Zusammenhang kennen. die Dimension nanoskaliger Materialien kennen und zu bekannten Materialien anderer Dimensionen in Beziehung setzen können. den Begriff kolloidale Dispersion kennen und kolloidale Dispersionen in Zweistoffsystemen je nach Aggregatzustand der dispersen Phase und des Dispersionsmittels klassifizieren können. Methoden zur Unterscheidung zwischen "echten" Lösungen, kolloidalen Dispersionen und grobdispersen Systemen kennen. die Synthese von Goldkolloiden durchführen. wissen, dass die optischen Eigenschaften der hergestellten Goldkolloide im Zusammenhang mit der Größe der Kolloide stehen. den Begriff Koagulation/Aggregation kennen. Fachkompetenz - Transmissionselektronenmikroskop Die Schülerinnen und Schüler sollen das TEM als Werkzeug zur Visualisierung von Nanopartikeln kennen. begründen, warum Nanopartikel nicht mithilfe eines Lichtmikroskops beobachtet werden können. den Aufbau und den Strahlengang des Elektronenstrahls im TEM kennen. wissen, warum im Vakuum gearbeitet werden muss. die Bilderzeugung im TEM als Wechselwirkung zwischen Elektronenstrahl und Probe kennen. elastisch und unelastisch gestreute Elektronen als Ursache für die verschiedenen Kontraste im elektronenmikroskopischen Bild kennen. Thema Herstellung und Untersuchung von Nano-Goldpartikeln Autoren Katrin Prete, Dr. Walter Zehren, Prof. Dr. Rolf Hempelmann Fächer Chemie, Physik Zielgruppe ab Klasse 9 Technische Voraussetzungen Möglichkeit für chemisches Experimentieren (optional); Rechner in ausreichender Anzahl (Partnerarbeit), mindestens ein Präsentationsrechner mit Beamer, Flash-Player 9 Dr. Walter Zehren ist Studienrat an der Saarbrücker Marienschule und teilabgeordnet an die Universität des Saarlandes. Dort leitet er das Schülerlabor NanoBioLab und hat zum Thema Forschendes Experimentieren im Schülerlabor promoviert. Rolf Hempelmann ist Professor für Physikalische Chemie und Geschäftsführender Leiter des Transferzentrums Nano-Elektrochemie an der Universität des Saarlandes. Er ist Betreiber des Schülerlabors NanoBioLab und Sprecher des Saarländischen Schülerlaborverbunds SaarLab. Umrechnung von Maßeinheiten Die Schülerinnen und Schüler müssen in der Lage sein, verschiedene Maßeinheiten (Meter, Millimeter, Nanometer) ineinander umzurechnen. Diese Kompetenzen werden im Fach Mathematik in Klasse 5 erworben. Aggregatzustände Die Lernenden benötigen Kenntnisse über Aggregatzustände und über die verschiedenen Typen chemischer Stoffgemische. Diese Kompetenzen werden im Fach Chemie in Klasse 8 erworben. Redox-Reaktionen Zum Verständnis der Synthese der Gold-Nanopartikel müssen die Schülerinnen und Schüler den erweiterten Redox-Begriff kennen: Redox-Reaktionen müssen als Elektronenübertragungsreaktionen bekannt sein. Dies wird im Fach Chemie in Klasse 9 thematisiert. Der erste Teil der Unterrichtseinheit behandelt einige Aspekte der Kolloid- und Nanochemie und besteht aus einem Experimentalteil und einer interaktiven Lernumgebung zur Herstellung von Goldsol, also einer Suspension von Gold-Nanopartikeln. Gold- und auch Silber-Nanopartikel zeigen einen interessanten Farbeffekt im sichtbaren Spektralbereich: Die resonante Anregung von Oberflächenplasmonen führt dazu, dass sich die Farbe des Metalls in Abhängigkeit von der Größe und Form der Nanoteilchen stark verändert (Abb. 1). Zum Beispiel sehen Suspensionen von kleinen Gold-Nanopartikeln in Wasser rot aus (im Gegensatz zu dem gelblichen Schimmer, den Gold normalerweise zeigt). Aggregiert man diese Partikel teilweise, so ändert sich die Farbe zu dunkelblau bis violett. Einstieg und Schülerexperiment Der erste Teil der Unterrichtseinheit gliedert sich in zwei Abschnitte. Zunächst erfolgt eine Einführung in das Thema kolloidale Systeme. Durch geeignete Aufgabenstellungen wird den Schülerinnen und Schülern zunächst die Dimension, also der Größenbereich, der Nanochemie nahe gebracht, und es werden die Begriffe Nanopartikel beziehungsweise Kolloid geklärt. Danach folgt eine Reihe von Experimenten, welche die Schülerinnen und Schüler mit den bis zur Klasse 9 erworbenen Vorkenntnissen in Eigenarbeit durchführen können. Der Einfluss des Zerteilungsgrades (des Dispersionsgrades) auf die Eigenschaften von Stoffen und die Unterscheidung zwischen echten Lösungen und kolloidalen Dispersionen können im Experiment selber entdeckt werden. Zum Abschluss werden Goldkolloide verschiedener Größen hergestellt. Die Herstellung von Goldkolloiden ist gleichzeitig die Überleitung zum zweiten Abschnitt des ersten Teils der Unterrichtseinheit, der Multimedia-Anwendung. Virtuelles Experiment, Visualisierung der Teilchenebene Die interaktive Lernumgebung zeigt zunächst noch einmal den zuvor durchgeführten Versuch zur Herstellung von Goldkolloiden. Dabei werden die Schritte der Reaktion auf der Teilchenebene visualisiert (Abb. 2, Platzhalter bitte anklicken), und den Schülerinnen und Schülern wird schließlich die unterschiedliche Farbe der Goldsole erklärt (Abb. 3). An die Animation zum Versuch schließt sich eine Wiederholungsphase an, in der die Lernenden interaktiv den Zusammenhang zwischen Partikelgröße und Farbe der Goldsole bearbeiten können (Abb. 4). Weiter geht es mit einer Übungsphase, in der Schülerinnen und Schüler das Gelernte anwenden. Methodenvielfalt Im ersten Teil der Unterrichtseinheit wird also mit verschiedenen Medien gearbeitet: Arbeitsblätter, Schülerexperimente und Multimedia-Anwendungen. Durch diese Methodenvielfalt wird auf die Heterogenität der Lernvoraussetzungen und der Interessen der Schülerinnen und Schüler eingegangen, wodurch möglichst viele Lernende erreicht und für die Beschäftigung mit dem Nanobereich motiviert werden sollen. Die einzelnen Schritte und Inhalte des gesamten virtuellen Experiments werden in einer Handreichung (tutorial_goldsole_virtuelles_experiment.pdf) ausführlich beschrieben und mit zahlreichen Screenshots dargestellt. Glühelektrischen Effekt, Kondensator Die Schülerinnen und Schüler müssen Kenntnisse über den Glühelektrischen Effekt und das Prinzip eines Kondensators besitzen (Physik, Oberstufen-Grundkurs). Linke-Hand-Regel Die Lernenden müssen in der Lage sein, mithilfe der Linke-Hand-Regel die magnetischen Feldrichtungen einer Spule zu bestimmen (Physik, Klasse 9). Lorentzkraft Die Schülerinnen und Schüler müssen Kenntnisse über die Bewegung von elektrischen Ladungsträgern im magnetischen Feld besitzen. Sie müssen die Richtung der Kraftwirkung der Lorentzkraft mit der Drei-Finger-Regel bestimmen können (Physik, Klasse 9). In einem interaktiven Lernmodul werden der Aufbau und die Funktionsweise des TEM Schritt-für-Schritt erläutert. Damit wird eine wichtige Methode der Nanotechnologie eingeführt. Sie erlaubt es, die zuvor im (realen und/oder) virtuellen Experiment hergestellten Nanopartikel zu visualisieren. Ein Elektronenmikroskop ist ein Mikroskop, welches das Innere oder die Oberfläche einer Probe mithilfe von Elektronen abbilden kann. Da schnelle Elektronen eine sehr viel kleinere Wellenlänge als sichtbares Licht haben und die Auflösung eines Mikroskops durch die Wellenlänge begrenzt ist, kann mit einem Elektronenmikroskop eine deutlich höhere Auflösung (etwa 1 Nanometer; mit einem einem Höchstleistungs-TEM bis zu 0,1 Nanometer) erreicht werden als mit einem Lichtmikroskop (typischerweise etwa 1 Mikrometer, im Extremfall bis zu 200 Nanometer). Die einzelnen Seiten, Inhalte und Funktionen der Lernumgebung zum Transmissionselektronenmikroskop (TEM) werden in einer Handreichung (tutorial_goldsole_TEM.pdf) ausführlich beschrieben und mit Screenshots dargestellt. Tutorielles System zur Funktion des TEM Die Lernumgebung erlaubt es, die hergestellten Gold-Nanopartikel "virtuell" zu untersuchen. Die Schülerinnen und Schüler erfahren, wie die zuvor bereits verwendeten TEM Aufnahmen (vergleiche Abb. 4 ) entstehen. Dabei kommt eine Multimedia-Anwendung im Stil eines tutoriellen Systems zum Einsatz. Auf der Startseite wird das Thema dargestellt, und den Lernenden wird ein motivierender Einstieg in das Thema geboten. Außerdem wird auf dieser Seite ein Einblick gegeben, welche Lerninhalte nachfolgend bearbeitet werden. Informationsseiten An die Startseite knüpfen dann Informationsseiten an, auf denen den Schülerinnen und Schülern Lerninhalte durch Texte, Animationen oder Bilder präsentiert werden, die in individueller Geschwindigkeit bearbeitet werden können (Abb. 5, Platzhalter bitte anklicken). Sie können dabei auch zu vorangegangenen Lerninhalten zurückzuspringen, um nicht Verstandenes zu wiederholen. Übungen und Ergebnissicherung Die Informationsseiten bilden Themenblöcke oder "Bausteine". Nach jeweils einem Baustein schließen sich Übungsseiten an, mit deren Hilfe das Gelernte überprüft und die Lernergebnisse gefestigt werden (Abb. 6). Dabei kommen in der Regel recht kurz gehaltene Multiple-Choice-Aufgaben, Lückentexte oder Wortpuzzles zum Einsatz, an einigen Stellen allerdings auch komplexere Aufgabenstellungen. Die Übungen bieten auch die Möglichkeit zur Differenzierung - leistungsstärkere Schülerinnen und Schüler, die schneller mit dem Programm fertig werden, können zusätzliche Aufgaben lösen. Den Abschluss des Programms bildet eine Lückentextübung zum TEM. Anwendungssimulation Im Anschluss an das tutorielle System folgt eine kleine Simulation. Hier haben die Schülerinnen und Schüler ein virtuelles TEM vor sich, in dem sie die Goldsole virtuell untersuchen können. Hierbei handelt es sich um eine Anwendungssimulation. Die Lernenden sollen die Handhabung des TEM prinzipiell verstehen. Dabei führen sie dieselben "Handgriffe" aus, die sie auch im Umgang mit einem realen TEM ausführen müssten (Abb. 7). Bei Fehlern - wenn zum Beispiel vergessen wird, in der Probenkammer ein Vakuum anzulegen - gibt das Programm eine entsprechende Rückmeldung ("Vorsicht, überprüfe dein Vorgehen"). 1. Partikel mit Potenzial: Nanoteilchen und Kolloide Das erste Arbeitsblatt (1_nanoteilchen_groessenvergleiche.pdf) führt die Begriffe Nanoteilchen und Kolloide ein. Der Text beginnt mit den Begriffsbestimmungen. Daran knüpfen sich fünf Aufgaben an, die den Schülerinnen und Schülern helfen sollen, sich die Dimensionen der Nanowelt in Relation zur Lebenswelt zu veranschaulichen: Die Lernenden sollen die Dimension des Nanometers durch Vergleiche mit Gegenständen aus ihrem alltäglichen Erfahrungsbereich erfassen. Nur durch diese Vergleiche ist es möglich, die winzigen Dimensionen zu verdeutlichen. Unbekanntes wird auf Bekanntes zurückgeführt und kann besser gelernt und verstanden werden. Aufgabe 3 ermöglicht es den Lernenden mit einem kleinen Experiment, sich selbst die Größe zu veranschaulichen und die Ergebnisse direkt zu sehen. Die Dimension des Nanometers wird im Experiment natürlich nicht erreicht, dennoch wird sie erlebbar und besser vorstellbar. 2. Eigenschaften von Nanopartikeln und Kolloiden Das zweite Arbeitsblatt (2_eigenschaften_nanoteilchen_kolloide.pdf) soll die Veränderung der physikalischen, chemischen und biologischen Eigenschaften eines Stoffs in Abhängigkeit von seinem Zerteilungsgrad veranschaulichen. Die Verkleinerung eines Stoffes in nanoskalige Dimensionen führt zu völlig neuen Werkstoffeigenschaften. In der ersten Aufgabe wird zunächst veranschaulicht, dass mit zunehmendem Zerteilungsgrad die Oberfläche eines Stoffes wächst und somit eine viel größere Oberfläche reagieren kann. Die Auswirkung einer größeren Oberfläche auf die Reaktionsgeschwindigkeit kennen die Schülerinnen und Schüler aus Standard-Experimenten des Chemieunterrichts, wie zum Beispiel der Verbrennung eines Eisennagels gegenüber der Verbrennung von Stahlwolle. In einem Versuch sollen die Lernenden nun entdecken, dass sich mit zunehmendem Zerteilungsgrad auch physikalische Eigenschaften verändern, wie zum Beispiel das magnetische Verhalten eines Stoffs. Die Reaktionsgleichung wird auf den Arbeitsblättern angegeben, da sie mit dem den Schülerinnen und Schülern zu Verfügung stehenden Vorwissen nicht aufgestellt werden kann, von diesen aber zum Verständnis der Reaktion benötigt wird. Zusätzlich wird der Begriff des Hydrats kurz vorgestellt, da als Ausgangsstoffe Eisen(III)-chlorid-Hexahydrat und Eisen(II)-Chlorid-Tetrahydrat eingesetzt werden und der Hydrat-Begriff aus dem Unterricht in dieser Form nicht geläufig ist. 3. Unterscheidung zwischen echten und kolloidalen Dispersionen Mit dem dritten Arbeitsblatt (3_dispersionen.pdf) lernen die Schülerinnen und Schüler den Tyndall-Effekt als eine Möglichkeit kennen, zwischen echten Lösungen und kolloidalen Systemen zu unterscheiden. In einem Versuch werden verschiedene Lösungen beziehungsweise Dispersionen mithilfe des Tyndall-Effektes identifiziert. Mit der Aufgabe, für die Dispersionen das Dispersionsmittel und die disperse Phase anzugeben, wird an das Vorwissen der Lernenden angeknüpft, da die Einteilung von Stoffgemischen bereits in Klasse 8 erlernt wird. 4. Herstellung von Goldkolloiden Das vierte Arbeitsblatt (4_goldkolloide.pdf) beschreibt einen Versuch zur Herstellung von Gold-Nanopartikeln unterschiedlicher Größe. Zum Einstieg werden Verwendungsmöglichkeiten von Gold-Nanopartikeln aufgezeigt und hervorgehoben. Durch die Herstellung von Gold-Nanopartikeln wird mit der Farbe eine weitere spezifische Stoffeigenschaft angesprochen. Sie ändert sich mit zunehmendem Zerteilungsgrad von dem charakteristischen Goldgelb bis hin zu Rot. Hierbei handelt es sich um einen Größenquantisierungseffekt (englisch "quantum size effect"): sehr kleine Teilchen unterliegen mit abnehmender Teilchengröße zunehmend den Gesetzen der Quantenmechanik, woraus sich die Änderung der Eigenschaften von Nanopartikeln im Vergleich zu grobkristallinen Stoffen der gleichen chemischen Zusammensetzung erklärt. Die einführenden Texte dienen zur Motivation der Schülerinnen und Schüler, in einem Experiment selbst Gold-Nanopartikel herzustellen. 5. Arbeitsblatt und interaktive Lernumgebung Für die Bearbeitung der Aufgabenstellungen des fünften Arbeitsblatts (4_2_goldkolloide.pdf) kann die Flash-Lernumgebung zur Herstellung von Goldkolloiden herangezogen werden. Die Aufgabe greift auf bereits vorhandenes Wissen zurück, wie zum Beispiel den erweiterten Redox-Begriff, und fungiert auch als Ergebnissicherung für neu erlernte Inhalte. Die Fragen können nach der Arbeit mit der Lernumgebung beantwortet werden. Teilweise müssen Lerninhalte aus den vorangegangenen Arbeitsblättern angewendet werden, sodass durch zusätzliche Wiederholung eine Festigung des Gelernten gewährleistet werden kann. Einsatzmöglichkeiten Das virtuelle Experiment zur Herstellung verschiedenfarbiger Goldsole veranschaulicht die Vorgänge auf der Teilchenebene. Mit ihm wird auch erarbeitet, dass die Farbe der Goldsole von der Größe der Nano-Goldpartikel abhängig ist. Die Lernumgebung kann flexibel eingesetzt werden: Schülerexperiment und virtuelles Experiment Nach der experimentellen Herstellung von Goldsolen im Schülerversuch (im Chemielabor der Schule oder in außerschulischen Schülerlaboren) kann die Lernumgebung zur Herstellung von Goldsolen zur "virtuellen Wiederholung" und insbesondere zur Darstellung der Vorgänge auf der Teilchenebene genutzt werden. Lernende experimentieren nur "virtuell" Besteht keine Möglichkeit, den Versuch als Schülerexperiment durchzuführen, können die Lernenden die Herstellung von Goldsolen auch ausschließlich am Rechner durchführen - im Idealfall in Partnerarbeit im Computerraum der Schule. Präsentation per Beamer Alternativ oder zusätzlich zur Bearbeitung im Computerraum kann die Lehrperson die Flash-Animationen zur Unterstützung des Unterrichtsgesprächs im Fachraum per Beamer einsetzen. Die Lehrperson oder einzelne Schülerinnen und Schüler können den Prozess dann noch einmal für alle beschreiben. Einsatzmöglichkeiten Dieses Lernmodul ist für die Einzel- oder Partnerarbeit am Rechner konzipiert. Alternativ können die Animationen und interaktiven Übungen aber auch zur Unterstützung des Unterrichtsgesprächs (Beamerpräsentation) genutzt werden. Die Lernumgebung zum TEM kann natürlich auch in anderen unterrichtlichen Zusammenhängen - unabhängig von der Herstellung von Goldsolen - zum Einsatz kommen. Prete, Katrin Visualisierung von Nanopartikeln mittels TEM und STM, aufgearbeitet als eine mediengestützte Unterrichtseinheit, Wissenschaftliche Staatsexamensarbeit, Saarbrücken 2009 Zehren, Walter Forschendes Experimentieren im Schülerlabor , Dissertation, Saarbrücken 2009 Sepeur, Stefan Nanotechnologie - Grundlagen und Anwendungen, Vincentz Network, Hannover 2008 Dörfler, Hans-Dieter Grenzflächen und kolloid-disperse Systeme, Springer-Verlag, Berlin und Heidelberg 2002 Hempelmann, Rolf; Zehren, Walter; Mallmann, Matthias Nanotechnologie im Schulunterricht, NanoBioNet Newsletter II/2008, nanotechnologie aktuell 2, 88-91 (2009) Walter Zehren ist Studienrat an der Saarbrücker Marienschule und teilabgeordnet an die Universität des Saarlandes. Dort leitet er das Schülerlabor NanoBioLab und hat zum Thema Forschendes Experimentieren im Schülerlabor promoviert. Rolf Hempelmann ist Professor für Physikalische Chemie und Geschäftsführender Leiter des Transferzentrums Nano-Elektrochemie an der Universität des Saarlandes. Er ist Betreiber des Schülerlabors NanoBioLab und Sprecher des Saarländischen Schülerlaborverbunds SaarLab.