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2024 | Buch

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Experimente im Chemieunterricht Band 2

didaktisch begründet auswählen und sicher durchführen

verfasst von: Bernhard Sieve, Sabine Struckmeier, Dominic Böhm

Verlag: Springer Berlin Heidelberg

Enthalten in: Springer Professional "Wirtschaft+Technik" , Springer Professional "Technik"

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Über dieses Buch

„Welches von den vielen Experimenten soll ich denn nehmen? Wie ordne ich die Experimente sinnvoll in meinem Unterricht an? Was muss ich bei der Durchführung bedenken?“ Wenn Sie sich als Lehramtsstudierende*r, Lehrkraft im Vorbereitungsdienst, Chemie fachfremd unterrichtende Lehrkraft oder frisch eingestellte Chemielehrkraft diese oder ähnliche Fragen bei der Planung Ihres Chemieunterrichts stellen, halten Sie gerade den zweiten Band einer idealen Planungshilfe in den Händen. Auch „alte Hasen“ können mit den zwei Bänden ihr Repertoire an Experimentierkunst erweitern.

Die zwei Bände Experimente im Chemieunterricht enthalten eine Sammlung von über 400 praxiserprobten Schulexperimenten für den Chemieunterricht der Sekundarstufen I und II. Darüber hinaus sind zu jedem Experiment Durchführungshinweise und Gefährdungseinstufungen, Anregungen zur inhaltlichen Strukturierung des jeweiligen Unterrichtsthemas sowie Hinweise zur fachlichen und fachdidaktischen Einbettung aufgeführt. Videos zur Handhabung ausgewählter Geräte sowie zu zentralen Arbeitsweisen der Chemie unterstützen die Gestaltung eines gefahrenminimierten Chemieunterrichts. Als weiteres digitales Zusatzmaterial wird zu jedem Experiment eine editierbare Word-Version bereitgestellt. Über einen Verweis zur Datenbank DEGINTU können sie zudem Gefährdungsbeurteilungen zu zahlreichen Experimenten abrufen.

Diese einzigartige Kombination von experimenteller und fachlich-fachdidaktischer Betrachtung hilft Ihnen bei der zielführenden Auswahl geeigneter Experimente für das jeweilige Unterrichtsthema und schafft damit eine zentrale Voraussetzung für lernwirksamen Chemieunterricht.

Experimente im Chemieunterricht Band 1 und Band 2 – ein Muss für jede Chemielehrkraft!

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Inhaltsverzeichnis

Frontmatter

Kapitel 1. Vom Dalton-Modell zum differenzierten Atommodell

Zusammenfassung

Die Erarbeitung eines differenzierten Atommodells wie dem Energiestufenmodell oder dem Schalenmodell stellt für die Lernenden einen wichtigen Grundpfeiler für die weiteren Inhalte im Chemieunterricht dar. Vorkenntnisse über Elementarteilchen und deren Verteilung in einem Atom besitzen die Lernenden häufig aus dem Fach Physik, da dort auf der Basis eines Kern-Hülle-Modells oder eines Elektronengasmodells die elektrische Leitfähigkeit von Metallen beschrieben wird. In diesem Kapitel werden Lernwege zum differenzierten Atommodell dargestellt. Zentrale Experimente und Modellexperimente werden vorgestellt und didaktisch in die Lernwege eingebunden.

Bernhard Sieve, Sabine Struckmeier, Dominic Böhm

Kapitel 2. Bindungen und Wechselwirkungen

Zusammenfasssung

Solide Kenntnisse zum Thema Bindungen und Wechselwirkungen sind Grundlage für ein Verständnis über das, was „die Welt im Innersten zusammenhält“. Fachlich und fachdidaktisch gibt es bei der Vermittlung dieses Themenbereichs zahlreiche inhaltliche und didaktische Hürden. So vermittelt der klassische Chemieunterricht häufig, „dass es eine klare Trennlinie gibt zwischen der ionischen Bindung in salzartigen Stoffen und der auf gemeinsamen Elektronenpaaren beruhenden kovalenten Bindung in Feststoffen wie Diamant sowie in Molekülverbindungen“.

Bernhard Sieve, Sabine Struckmeier, Dominic Böhm

Kapitel 3. Energetik, Kinetik und das chemische Gleichgewicht

Zusammenfassung

Der Einstieg in den Chemieunterricht der Qualifikationsphase erfolgt vielfach unter den Themenfeldern Energetik, Reaktionskinetik sowie chemisches Gleichgewicht. Alle drei Aspekte lassen sich unter dem Blickwinkel der Steuerung chemischer Reaktionen zusammenfassen, da vor allem großtechnische Prozesse durch geeignete Wahl von Bedingungen aus allen drei Themenfeldern gesteuert und in der Effektivität optimiert werden können.

Bernhard Sieve, Sabine Struckmeier, Dominic Böhm

Kapitel 4. Säuren, Basen, Salze und Protonenübergänge

Zusammenfassung

Saure und alkalische Lösungen kommen thematisch an mehreren Stellen im Chemieunterricht vor. Schon im Rahmen des Themas Stoffeigenschaften werden häufig die Bezeichnungen sauer, neutral und alkalisch als Eigenschaften von Lösungen klassifiziert und mit deren Wirkung auf Indikatoren begründet. Mitunter nutzt man die Indikatorfärbung zur Unterscheidung von Metall- und Nichtmetalloxiden im Rahmen des Themas Oxidbildungen/Sauerstoffübertragungen (wässrige Lösungen von Metalloxiden bilden alkalische Lösungen, entsprechende Lösungen von Nichtmetalloxiden bilden saure Lösungen). Eine hinreichende Erklärung der Eigenschaften saurer und alkalischer Lösungen auf der Teilchenebene kann im Chemieunterricht erst dann erfolgen, wenn die Bindungsarten behandelt wurden und die Lernenden Bindungs- und Molekülpolaritäten als Erklärungsbasis nutzen können. Im Zentrum stehen dann u. a. die Säure-Base-Theorie nach Brønsted sowie das Prinzip der Neutralisation und der Titration als maßanalytisches Verfahren (Endpunkttitration).

Bernhard Sieve, Sabine Struckmeier, Dominic Böhm

Kapitel 5. Elektronenübertragungen und Elektrochemie

Zusammenfassung

Redoxreaktionen als Elektronenübertragungsreaktionen sind neben den Säure-Base-Reaktionen nach Brønsted ein weiteres Beispiel für Donator-Akzeptor-Reaktionen. Die Definition des Redoxbegriffs auf Elektronenebene stellt dabei die wesentliche Grundlage für das Verständnis elektrochemischer Anwendungen dar. Daher sollte im Chemieunterricht der Sek. II zunächst eruiert werden, inwiefern diese Theorie bei den Lernenden abgerufen und angewandt werden kann. Dies kann klassischerweise über das Aufgreifen von Salzbildungsreaktionen durch Reaktionen von Metallen mit Nichtmetallen und der „Abscheidung“ von Metallen aus den Lösungen ihrer Salze erfolgen. Stärker alltagsorientiert sind metallurgische Anwendungen wie die Thermitreaktion, die elektrochemische Reinigung von Silber oder aber die Rückgewinnung von Silber aus Fotobädern – Letzteres ist jedoch aufgrund der ubiquitären Digitalfotografie kaum noch im Kenntnishorizont der Lernenden. In allen Fällen müssen die ablaufenden Reaktionen als Elektronenübertragungen zwischen Teilchen erfasst und mit den unterschiedlichen Tendenzen von Teilchen zur Elektronenaufnahme bzw. -abgabe (edel/unedel) verknüpft werden. Im Kapitel wird ein klassischer Unterrichtsgang zum Thema Redox- und Elektrochemie vorgestellt, der die experimentelle Umsetzung in beiden Sekundarstufen vorstellt und diskutiert.

Bernhard Sieve, Sabine Struckmeier, Dominic Böhm

Kapitel 6. Organische Chemie I – Kohlenwasserstoffe

Zusammenfassung

Der Einstieg in die organische Chemie erfolgt häufig über Kohlenwasserstoffverbindungen, wobei sich mehrere thematische Zugänge bewährt haben: Der petrochemisch orientierte Zugang greift die Gewinnung und Verarbeitung von fossilen Energieträgern wie Erdgas und Erdöl auf. Zentrale Experimente sind hierbei die fraktionierte Destillation von Modellrohöl und das katalytische Cracken. Der hohe Alltagsbezug dieses Ansatzes bietet über die Einbindung aktueller Problemfelder wie Fracking, politisch motivierte globale und lokale Versorgungsengpässe mit fossilen Energieträgern, Klimawandel und der damit verbundenen Frage nach Alternativen zu fossilen Energieträgern neben chemischen Aspekten auch die Möglichkeit, ökonomische, ökologische und gesellschaftlich-soziale Bereiche in den Chemieunterricht zu integrieren und damit die auch politische Bedeutung der Chemie erfahrbar zu machen.

Bernhard Sieve, Sabine Struckmeier, Dominic Böhm

Kapitel 7. Organische Chemie II – organische Sauerstoffverbindungen

Zusammenfassung

Der klassische Einstieg in die organische Chemie verläuft vielfach über die Stoffklassen der Kohlenwasserstoffe. Aufgrund des hohen Alltags- und Lernendenbezugs eignen sich Alkanole als die zentralen Vertreter organischer Sauerstoffverbindungen ebenfalls für die Einführung in die organische Chemie. Dabei steht Ethanol als Trinkalkohol zunächst im Fokus des Unterrichts. Die Schrittfolge ist dabei vergleichbar zur Strukturaufklärung bei Alkanen: Zunächst wird Ethanol über Gärungsversuche hergestellt. Zwar wissen viele Lernende, dass sich Trinkalkohol durch alkoholische Gärung aus zuckerhaltigen Medien herstellen lässt, was sich chemisch hinter Ethanol verbirgt ist den Lernenden aber meist nicht klar.

Bernhard Sieve, Sabine Struckmeier, Dominic Böhm

Kapitel 8. Grenzflächenaktive Verbindungen – Tenside

Zusammenfassung

Grenzflächenaktive Verbindungen sind in einigen Bundesländern bereits in der Sek. I Gegenstand des Chemieunterrichts und dienen dort meist als Zugang oder als Anwendungskontext zum Wechselwirkungskonzept (vgl. Abschn. 2.4). In der Sek. II knüpft das Thema inhaltlich an das Thema Veresterung sowie die Stoffklasse der Ester an. Folgende Strukturierung hat sich in der Sek. II bewährt.

Bernhard Sieve, Sabine Struckmeier, Dominic Böhm

Kapitel 9. Kunststoffe

Zusammenfassung

Das Thema Kunststoffe bietet allein schon aufgrund der Allgegenwärtigkeit dieser hochmolekularen Verbindungen zahlreiche Anknüpfungspunkte und Kontexte für einen alltagsorientierten Chemieunterricht und eröffnet gleichzeitig Gelegenheiten, zuvor erworbene Kenntnisse und entwickelte Kompetenzen über die Strukturen und Eigenschaften sowie das Reaktionsverhalten organischer Stoffklassen anzuwenden, zu festigen und zu vertiefen. Damit gliedert sich das Thema Kunststoffe vornehmlich in das Struktur-Eigenschafts-Konzept sowie über mechanistische Betrachtungen in das Basiskonzept der chemischen Reaktion ein. Im Chemieunterricht allgemeinbildender Schulen werden Kunststoffe jedoch häufig auf die darin enthaltenen makromolekularen Stoffe reduziert.

Bernhard Sieve, Sabine Struckmeier, Dominic Böhm

Kapitel 10. Farbmittel

Zusammenfassung

Wohl kaum etwas fasziniert Lernende mehr als das Phänomen Farbe. Praktisch niemand kann sich der ästhetischen und auch der psychologischen Wirkung von Farben entziehen. Dabei ist das Phänomen der Farbigkeit fachlich betrachtet recht komplex und bedarf einer kombinierten Betrachtung aller drei Naturwissenschaften. Dies ist ein Grund, weshalb das Thema Farbe und Farbmittel in vielen Bundesländern ein curricularer Inhalt der Sek. II ist.

Bernhard Sieve, Sabine Struckmeier, Dominic Böhm

Kapitel 11. Naturstoffchemie

Zusammenfassung

Das Thema Naturstoffe ist in einigen Bundesländern bereits Bestandteil des Chemieunterrichts der Sek. I. Einzelne Nährstoffklassen werden dabei häufig an die Behandlung von organischen Stoffklassen angeschlossen oder aber direkt integriert (z. B. Fette als Beispiele für Ester; Peptide als Beispiele für Polyamide). Vielfältige motivierende Zugänge zum Thema Naturstoffe bietet dabei nicht nur der Kontext Lebensmittel und Ernährung. Fragen wie „Kann man sich allein von Milch gesund ernähren?“, „Wie ernähren sich Astronauten?“ oder „Sind Superfoods wirklich super?“ sind motivierende Einstiegsfragen, die zur Untersuchung von Lebensmitteln und deren Inhaltsstoffen führen.

Bernhard Sieve, Sabine Struckmeier, Dominic Böhm

Backmatter

Titel: Experimente im Chemieunterricht Band 2
verfasst von: Bernhard Sieve
Sabine Struckmeier
Dominic Böhm
Copyright-Jahr: 2024
Verlag: Springer Berlin Heidelberg
Electronic ISBN: 978-3-662-67814-5
Print ISBN: 978-3-662-67813-8
DOI: https://doi.org/10.1007/978-3-662-67814-5

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