Projekt mit dem Waldkindergarten

Ich unter­rich­te in die­sem Schul­jahr einen soge­nann­ten poly­va­len­ten Che­mie­kurs. Die­ser Kurs ist not­wen­dig, damit die Schü­le­rin­nen und Schü­ler ihre Bele­gungs­pflich­ten in der Pro­fil­ober­stu­fe erfül­len, und er soll prin­zi­pi­ell fach­über­grei­fend inner­halb der Natur­wis­sen­schaf­ten ange­legt sein. Als Che­mie-/Deutsch­leh­rer tut man sich da selbst­re­dend schwe­rer als jemand mit einer zwei­ten Natur­wis­sen­schaft als Bei­fach.

Da ich ja immer fixe Ide­en habe (es gibt zu die­sem Kurs kein Cur­ri­cu­lum!) und es an unse­rer Schu­le schon Pro­jek­te gab, in denen Schü­le­rin­nen und Schü­ler Grund­schü­lern die Che­mie näher­ge­bracht haben, habe ich dem Kurs vor­ge­schla­gen, einen Schritt wei­ter­zu­ge­hen und den ört­li­chen Wald­kin­der­gar­ten mit ein­zu­bin­den, zu dem ich gute Kon­tak­te haben und die beim Haus der klei­nen For­scher mit­ma­chen. Mein Kurs woll­te und hat unter dem Rah­men­the­ma „Far­ben” eini­ge Expe­ri­men­te erson­nen, aber gleich­zei­tig auch eine Didak­ti­sie­rung für Kin­der die­ses Alters.

Schritt 1 — Pla­nungs­pha­se A:

Anhand von Mate­ri­al aus unse­rer Schu­le, z.B. den vom Kurs des letz­ten Jah­res erstell­ten Reader für die Grund­schü­ler, und anhand von Inter­net­re­cher­chen wur­den ver­schie­de­ne Ver­su­che von den sechs Teams aus­ge­wählt. Schwer­punkt bil­de­te dabei die Pra­xis — d.h. es muss­te Sicher­heit um Umgang mit Gerä­ten und Stof­fen erwor­ben wer­den. Ich habe mich nur bei wirk­lich sicher­heits­re­le­van­ten Aspek­ten ein­ge­schal­tet.  Hier eine Aus­wahl von Auf­bau­ten — die Fotos sind von den SuS erstellt (der erfah­re­ne Che­mie­leh­rer erkennt eini­ge Klas­si­ker, alle ande­ren sei­en auf das Doku­men­ta­ti­ons­wi­ki ver­wie­sen, wel­ches wir im Kurs gera­de befül­len — Link folgt):

 

Milch­bild — Mit Zau­ber­stab und Lebens­mit­tel­far­be Mus­ter zeich­nen

 

Eine ein­fa­che Lavalam­pe — Salz reißt Öl mit…

Schritt 2 — Erpro­bungpha­se:

Alle Ver­su­che wur­den im Unter­richts­raum an Sta­tio­nen auf­ge­baut. Wir sind als gan­ze Lern­grup­pe von Sta­ti­on zu Sta­ti­on gezo­gen. Die zustän­di­gen Teams haben SuS, die die Kin­der „simu­lie­ren” soll­ten, ihren Ver­such vor­ge­stellt bzw. durch­füh­ren las­sen. In die­ser Pha­se kam es auch zu span­nen­den Erkennt­nis­sen auf bei­den Sei­ten.

Schritt 3 — Pla­nungs­pha­se B:

Die Expe­ri­men­te wur­de ent­spre­chend der Erfah­run­gen (SuS geben erstaun­lich rea­lis­ti­sche Kin­der­gar­ten­kin­der ab, wenn man sie nur lässt…) vor allem unter die­sen Fra­ge­stel­lun­gen über­ar­bei­tet:

  • Was kann ein Kind machen, was ich bis­her vor­ge­macht habe?
  • Was kann alles schief­ge­hen und ver­mei­de ich das durch einen geeig­ne­ten Ver­suchs­auf­bau?
  • Wie set­ze ich mei­nen Anspruch an die Ver­mitt­lung von Hin­ter­grün­den zum Expe­ri­ment kind­ge­recht um?
  • Was brau­che ich noch für mein Vor­ha­ben (Mate­ri­al, Hil­fen)?

Schritt 4 — Durch­füh­rung:

Am 6. Mai war es dann soweit. Die SuS waren für das Pro­jekt für die ers­ten bei­den Stun­den nebst Herrn Riecken frei­ge­stellt (in der 3./4. Stun­de lag unser regu­lä­rer Unter­richt). Da ich den Unter­richt der KuK ach­te, gehe ich bei Pro­jek­ten mög­lichst mini­malstun­den­plan­in­va­siv vor. Mei­ne regu­lä­ren Klas­sen hat­ten zumin­dest zur Hälf­te Auf­ga­ben erhal­ten — gleich­wohl wur­de ich natür­lich ver­tre­ten. Lei­der kann ich aus Daten­schutz­grün­den kei­ne Fotos ver­öf­fent­li­chen.

Ich habe sel­ten so betei­lig­te und enga­gier­te SuS erlebt — selbst Klo­gän­ge mit den Kin­dern wur­den selbst­be­stimmt durch­ge­führt. Als ein Glück­griff erwies sich, dass Herr Riecken in der Auf­re­gung die Kin­der in fünf Grup­pen statt in die not­wen­di­gen sechs auf­ge­teilt hat­te — so blieb ein „Joker” und es durf­te an Sta­ti­on A auch ein­mal län­ger als an Sta­ti­on B dau­ern.

Schritt 5 — Refle­xi­on:

Erst­mal haben wir ca. 200 Fotos von die­sem Tag am Bea­mer geschaut — die Erzie­he­rin­nen und Herr Riecken haben viel foto­gra­fiert… Dann ging es in den PC-Raum zu einem anony­men Feed­back mit Mood­le. Hier eini­ge Ergeb­nis­se, die für sich selbst spre­chen:

Frei­t­ext­fra­ge: Was hat mich bei der Durch­füh­rung posi­tiv über­rascht?

Kin­der waren sehr enga­giert.
Das Wis­sen das eini­ge Kin­der bereits mit­brin­gen
Es war alles gut
Die Begeis­te­rung der Kin­der sowie die Aus­dau­er in Bezug auf die­se.
Die Kin­der waren sehr inter­es­siert und haben viel nach­ge­fragt. Zudem woll­ten sie viel selbst machen.
Mei­ne eige­ne, und die Moti­va­ti­on der ande­ren
Kin­der haben die Theo­rie oft schnell ver­stan­den.
Das über­aus star­ke Inter­es­se der Kin­der
nichts
eini­ge Kin­der­gar­ten­kin­der waren inter­es­siert und wiss­be­gie­rig.
Des Wei­te­ren hat­ten eini­ge der Kids viel Spaß.
Dass die Kin­der teil­wei­se gut mit­ge­ar­bei­tet haben und schon eini­ges ver­stan­den haben
Die meis­ten Kids waren sehr enga­giert dabei!

Wir haben übri­gens sehr viel mit dem Kugel­teil­chen­mo­dell gear­bei­tet. Das ist — auf jeder Che­mie­fort­bil­dung zu hören — „wis­sen­schaft­lich nach­ge­wie­sen” für Kin­der bis zur 6. Klas­se „viel zu abs­trakt” — Phä­no­me­ne rei­chen aus. In der Phy­sik hin­ge­gen ist es „wis­sen­schaft­lich erwie­sen”, dass es in der 5. Klas­se ein­ge­setzt wer­den soll­te, um Phä­no­me­ne zu erklä­ren, damit es nicht allein auf kon­su­mie­ren­des Gepüt­scher hin­aus­läuft. Ich oute mich ja immer auf Che­mie­fort­bil­dun­gen damit, nicht auf dem neu­es­ten Stand der Wis­sen­schaft zu sein. Die Fra­ge nach Bele­gen reicht meist aber schon für eine ent­lar­ven­de „Weilnunmaldasistnunmalso”-Argumentation, meist gepaart mit einem per­sön­li­chen Angriff — das nur am Ran­de.

Wei­ter mit den Eva­lua­ti­ons­er­geb­nis­sen:

Über den letz­ten Punkt kann man sich strei­ten — oder auch nicht, denn:

Frei­t­ext­fra­ge: Fol­gen­des wür­de ich bei einer Wie­der­ho­lung des Pro­jek­tes anders machen

even­tu­ell einen ande­ren Ver­such wäh­len
die Kin­der mehr machen las­sen.
ein­fa­che­re The­men, die nicht che­misch erläu­tert wer­den müs­sen und viel­leicht noch ver­ständ­li­cher sind.
Ich wür­de ver­su­chen das Pro­jekt noch struk­tu­rier­ter aus­zu­füh­ren
ein wenig mehr Zeit ein­pla­nen
gemein­sa­me Pau­se mit den Kin­dern
Eine län­ge­re Zeit­span­ne aus­wäh­len und Ver­su­che wäh­len die ca. gleich lan­ge Zeit benö­ti­gen.
Ich glau­be, es wäre sinn­voll das Erklä­rungs­mo­dell noch bes­ser auf die Kids abzu­stim­men.
Expe­ri­men­te die die Kin­der mehr begeis­tern
mehr Zeit in ein­zel­ne Ver­su­che inves­tie­ren

Im Anschluss habe ich ver­schie­de­ne Tools für die Doku­men­ta­ti­on der Ergebnisse/Erkenntnisse vor­ge­stellt (Blog, Maha­ra, Goog­le­Docs, Wiki) — die Wahl fiel auf ein Wiki.

Schritt 6 — Doku­men­ta­ti­on:

Zur Zeit gestal­ten wir gera­de das Wiki — eine für mich und die SuS völ­lig neue Erfah­rung, da wir alle noch nie mit so einem Tool gear­bei­tet haben — bis­her war alles eher WYSIWYG. Wie gesagt — viel­leicht ver­lin­ke ich es hier, wenn es fer­tig ist.

Fazit:

Das Pro­jekt läuft ja noch — ich tei­le die Wahr­neh­mung vie­ler SuS nicht, dass wenig über Che­mie gelernt wur­de. Anhand der Fra­gen, die  in der Vor­be­rei­tungs­pha­se gestellt wor­den sind, konn­te ich im Bera­tungs­pro­zess erken­nen, dass da schon das eine oder ande­re gesche­hen ist, da fie­len schon har­te Fach­be­grif­fe wie mobi­le oder sta­tio­nä­re Pha­se, Adhä­si­on usw..

Neben dem gan­zen fach­li­chen Kram war es für mich eine Offen­ba­rung, SuS weit­ge­hend außer­halb sys­te­misch vor­ge­ge­be­ner Schü­ler­rol­len zu erle­ben, näm­lich z.B. als zuge­wand­te Lern­be­glei­ter oder auch kom­pe­ten­te und umsich­ti­ge Expe­ri­men­ta­to­ren, als authen­tisch neu­gie­rig Fra­gen­de, als „Wis­sen-Wol­len­de”. Dafür sind Kin­der aber auch sehr effi­zi­en­te Indu­zie­rer… Viel effi­zi­en­ter als viel­leicht Men­schen mit vor­han­de­ner „clas­sic” Schul­er­fah­rung.

Ich weiß nicht, wie oft zwi­schen Samm­lung und Unter­richts­raum hin- und her­ge­rannt bin, um etwas zu holen, vor­zu­schla­gen, zu bera­ten, Mög­lich­kei­ten auf­zu­zei­gen, zu kor­ri­gie­ren, nach­zu­fra­gen… . Das war Arbeit — aber eine gänz­lich ande­re, ziem­lich for­dern­de. Der Auf­wand „drum­her­um” hielt sich in Gren­zen, da das Mate­ri­al, was nicht in der Schu­le vor­han­den war, von den SuS besorgt wur­de. Ich muss­te nur Quit­tun­gen abrech­nen.

Coffeinbestimmung in Getränken

Die Bestim­mung des Cof­fein­ge­halts in Geträn­ken ist eine der Metho­den, SuS Prin­zi­pi­en eines Ana­ly­se­la­bors näher­zu­brin­gen. PTAs und CTAs schla­gen sich in der Rea­li­tät zwar weit­aus mehr mit Auto­ma­ten her­um, aber die grund­sätz­li­chen Ver­fah­renschrit­te blei­ben doch immer gleich — auch wenn da eine Black­box steht, die wir in der Schu­le mit ihren „pri­mi­ti­ven tech­ni­schen Metho­den” aber ein Stück­chen öff­nen kön­nen. Das Ver­fah­ren funk­tio­niert foto­me­trisch, sodass man eine Cof­fein­lö­sung mit einem Spek­trum im sicht­ba­ren Bereich benö­tigt — die meis­ten Schu­len werden,wenn über­haupt, ledig­lich VIS-Foto­me­ter her­um­ste­hen habe — die­se Din­ger lie­gen schon im Kilo­eu­robe­reich. Schon des­we­gen soll­te man sie nicht ver­stau­ben las­sen, son­dern wirk­lich auch ein­set­zen.

Cof­fe­in ist in Was­ser recht gut lös­lich und als rei­ner Stoff im Che­mi­ka­li­en­han­del zu mode­ra­ten Prei­sen zu bekom­men. Bei uns habe ich eine jung­fräu­li­che 500g Packung im Gift­schrank ent­deckt. Gän­gi­ge Ver­suchs­vor­schrif­ten for­dern die Zube­rei­tung von fünf Lösun­gen zur Erstel­lung der Eich­kur­ve mit fol­gen­den Mas­sen­kon­zen­tra­tio­nen:

  1. 100mg/L
  2. 200mg/L
  3. 300mg/L
  4. 400mg/L
  5. 500mg/L

Man braucht eine gute Waa­ge und am bes­ten auch fünf 1L-Maß­kol­ben, damit man die ent­spre­chen­den Men­gen ein­wie­gen kann. Ein übli­che Schul­waa­ge weist eine maxi­mal­öe Genau­ig­keit von d=0,01g (=10mg) auf, sodass man bei der Lösung mit der kleins­ten Mas­sen­kon­zen­tra­ti­on schon von vorn­her­ein einen saf­ti­gen Wäge­feh­ler macht, oder den Maß­kol­ben noch eine Num­mer grö­ßer wäh­len muss. Die­se Lösun­gen sind farb­los und damit einer foto­me­tri­schen Unter­su­chung nicht zugäng­lich.

Des­we­gen nutzt man aus, dass Cof­fe­in in sau­rer Lösung bei Anwe­sen­heit von Iodid schwer­lös­li­ches Peri­odid bil­det und als sol­ches spe­zi­fisch aus­fällt. Hier sieht man zwei Cof­fe­in-Lösun­gen (V=10mL), die mit jeweils 1mL Jod/Kaliumiodidlösung (c=0,05mol/L) ver­setzt wur­den, nach dem Ansäu­ern mit ca. 1mL 25%iger Schwe­fel­säu­re:

Wei­ter­le­sen

Nukleophile Substitution vs. Eliminierung

Vie­le Ver­suchs­vor­schrif­ten für die elek­tro­phi­le Sub­sti­tu­ti­on gehen von Stof­fen aus, deren Hand­ha­bung im schu­li­schen Kon­text mitt­ler­wei­le sehr kri­tisch gese­hen, wenn nicht sogar gänz­lich unter­sagt ist. Durch Zufall bin ich im Netz auf ein Prak­ti­kums­skript gesto­ßen, wel­ches vie­le didak­ti­sche Poten­tia­le bie­tet ohne dabei mit über­aus schäd­li­chen Sub­stan­zen zu ope­rie­ren. Gleich­wohl gehört auch die­ser Ver­such nicht in Schü­ler­hand.  Der Ver­such klappt ganz her­vor­ra­gend.

90mL kon­zen­trier­te, rau­chen­de Salz­säu­re wer­den mit ca. 25mL ter­tiä­ren Butyl­al­ko­hol (2-Methyl-Pro­pan-2-ol) in einem 500mL Rund­kol­ben unter Rück­fluss mit einem elek­tri­schen Heiz­pils ca. 15 Minu­ten zu Sie­den erhitzt (Sie­destein­chen nicht ver­ges­sen). Die Appa­ra­tur soll­te nach unten hin so viel „Luft las­sen”, dass man den Heiz­pils jeder­zeit absen­ken und so das Inne­re des Kol­bens gemein­sam mit den SuS betrach­ten kann.

Die notwendige Apparatur

Die not­wen­di­ge Appa­ra­tur, Zeich­nung erstellt mit C-Design.


Wei­ter­le­sen

Warum schwimmt etwas? Weintraubendidaktik

Ich fin­de es immer wie­der wit­zig, wie zufäl­lig sich Stun­den erge­ben. Auf die Idee zu der fol­gen­den Stun­de kam ich durch die­se Sei­te der Uni­ver­si­tät Olden­burg. Bei der Beschrei­bung dort dach­te ich: „Da geht doch auch was auf dem Niveau einer 7. Klas­se!”. Grund­pfei­ler sind fol­gen­de Beob­ach­tun­gen:

Diese Weintraube schwimmt nicht in Wasser

Die­se Wein­trau­be schwimmt nicht in Was­ser

Ganz anders hier:

Diese Weintraube schwimmt in Wasser

Die­se Wein­trau­be schwimmt in Was­ser

Offen­bar ist die eine Wein­trau­be kaputt :o)… Nee, natür­lich nicht. Oben liegt die Wein­trau­be in Süß­was­ser, unten wur­de zünf­tig Koch­salz hin­zu­ge­fügt und immer wie­der umge­rührt.  Die Arbeits­auf­trä­ge für die SuS hät­ten am bes­ten gelau­tet:

Wei­ter­le­sen

Luftanalyse über Brenndauer [update]

Öhm, ja — ich hat­te die Geschich­te dazu schon ein­mal hier beschrie­ben. Heu­te habe ich den Ver­such tat­säch­lich mit den SuS im Unter­richt durch­ge­führt. Fol­gen­de Brenn­dau­ern sind ermit­telt wor­den:

Luft: 8,5s / 10s /7,5s / Mit­tel­wert: ca. 8,5s

Sauer­stoff: 54s / 50s / Mit­tel­wert: 52s

Damit ergibt sich ein Ver­hält­nis der Brenn­dau­ern von 8,5 : 52 bzw. 16,3 : 100. So wur­de expe­ri­men­tell ein Sauer­stoff­ge­halt von 16,3% (Theo­rie­wert: 21%) bestimmt, also beträgt der Feh­ler etwa 22%. Nun­ja — der Auf­bau ist ja noch opti­mier­bar (Ver­mei­dung von Ver­wir­be­lun­gen, stets eine fri­sche Ker­ze, exakt glei­che Ein­tauch­tie­fe usw.)  — man kommt also recht gut in die Nähe des tat­säch­li­chen Sauer­stoff­ge­halts.

Die Schü­le­rin mit der Idee zu die­sem Ansatz war schon recht stolz und ich muss mit mei­nem klas­si­schen Auf­bau dage­gen erst­mal anstin­ken. Span­nend, was man in der Schu­le alles ler­nen kann…

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