Und sie waren tatsächlich da …

chemie4kids-pixeled

Von dem Bild bekommt man einen guten Ein­druck von dem Besuch der Kin­der­gar­ten­kin­der bei uns im Che­mie­kurs (rei­ner Abde­cke­r­er­gän­zungs­kurs, kein Cur­ri­cu­lum). Das Bild ist übri­gens mit einer GOPRO-Action­ka­me­ra gemacht (sowas hält unser Medi­en­zen­trum für die akti­ve Medi­en­ar­beit in der Schu­le bereit).  Mein Kurs hat selbst Expe­ri­men­te für Kin­der erar­bei­tet — dabei stand im Mit­tel­punkt, dass es nicht um die lei­der immer mehr didak­ti­schen Raum ein­neh­men­de Phä­no­me­no­lo­gie gehen soll, son­dern um Deu­tun­gen, die für Kin­der ver­steh­bar sind.

Adhä­si­on bei der Chro­ma­to­gra­phie kann man z.B. modell­haft durch Kin­der erklä­ren, die von ande­ren Kin­der gescho­ben wer­den — mal auf einem Bein ste­hend, mal auf zwei Bei­nen ste­hend. Das Lauf­mit­tel (das schie­ben­de Kind) kann das Farb­stoff­teil­chen (das gescho­be­nen Kind) unter­schied­lich gut bewe­gen. In sol­chen ver­meint­li­chen Details steckt sehr viel Denk­ar­beit (nicht mei­ne!): Die Erklä­rung ist nicht über die Maßen sim­pli­fi­ziert, ermög­lich aber trotz­dem eine in Grund­zü­gen kor­rek­te Vor­stel­lung von einem Teil­be­reich der sich tat­säch­lich abspie­len­den Vor­gän­ge.

Neben der Schul­lei­te­rin waren auch Ver­tre­ter der ört­li­chen Lokal­zei­tun­gen zeit­wei­se anwe­send — die Inter­views haben natür­lich die Schü­le­rin­nen und Schü­ler selbst gege­ben. Die resul­tie­ren­den Arti­kel in den Zei­tun­gen haben mir bei­de sehr gut gefal­len. Für mich ist die­se „Ver­mark­tung” rela­ti­ves Neu­land — die Akti­on selbst ist ja schon ein Remake. Den Schü­le­rin­nen und Schü­lern war die Öffent­lich­keit aber gar nicht so wich­tig — zumin­dest hat das unse­re klei­ne Eva­lua­ti­on hin­ter­her erge­ben. Die Atmo­sphä­re wäh­rend der Ver­an­stal­tung war so, dass fast alle Erwach­se­nen, die von außen kamen, lan­ge geblie­ben sind — es gab unglaub­lich viel zu schau­en, zu hören und zu erle­ben, z.B. sehr fokus­sier­te und gespann­te Kin­der.

Ein Segen ist, dass ich Teil­neh­men­de aus der Video-AG mit in mei­nem Kurs sit­zen habe, die gemein­sam mit zusätz­lich frei­ge­stell­ten Schü­le­rin­nen die Doku­men­ta­ti­on über­nom­men habe. Ver­ti­kal­fahrt? GOPRO auf der Krei­de­ab­la­ge der Pylo­nen­ta­fel. Hori­zon­tal­fahrt? GOPRO auf fahr­ba­rem Over­head­pro­jek­tor (zu etwas müs­sen sie ja gut sein). Wack­ler? „Die GOPRO macht 4K — das kann man genau wie die opti­sche Ver­zer­rung durch den extre­men Weit­win­kel her­aus­rech­nen, Herr Riecken!”

Und wie geht es wei­ter? Zunächst habe ich fast sowas wie einen didak­ti­schen Kaper­brief bekom­men. Das Niveau von vie­len Erklär­vi­de­os (auch kom­mer­zi­el­len) gefällt mei­nen Schü­le­rin­nen und Schü­lern nicht. „Nä, das ist tech­nisch nicht gut gemacht, Herr Riecken!” „Die Idee ist ja schon nett, aber die dra­ma­tur­gi­sche Umset­zung … !” Und ich: „Fach­lich stimmt da und da aber etwas nicht!”. Der Kurs hat beschlos­sen, das bes­ser zu kön­nen. Nun denn. Ein neu­es Pro­jekt in einem neu­en Halb­jahr, dies­mal akti­ve Medi­en­ar­beit gepaart mit erhöh­tem fach­li­chen Anspruch. Ich weiß noch nicht ganz genau, wie ich das ange­he. Ich könn­te mir gut vor­stel­len, z.B. im Bereich der Koh­len­hy­dra­te — das eig­net sich sehr gut für Erklär­vi­de­os — zunächst in einen Input­pha­se zu gehen, um inhalt­li­che Ori­en­tie­rung zu schaf­fen, um dann dies­mal die SuS eige­ne Pro­jekt­pla­nun­gen (Zeit­ras­ter, Milestones) ent­wi­ckeln zu las­sen. Aber das wird noch bis zum neu­en Jahr rei­fen.

Projekt mit dem Waldkindergarten (reloaded)

Ich habe in die­sem Jahr wie­der einen poly­va­len­ten Che­mie­kurs. Das ist ein etwas selt­sa­mes Kon­strukt: Pri­mär geht es um Che­mie, jedoch sol­len auch Inhal­te ande­rer Natur­wis­sen­schaf­ten ein­flie­ßen und es darf nichts aus dem Ober­stu­fen­cur­ri­cu­lum Che­mie behan­delt wer­den. Über­haupt ist die­ser Kurs eine kom­plett cur­ri­cul­ums­freie Lehr­kraf­ter­ho­lungs­zo­ne. Er dient ledig­lich dazu, dass SuS, die bestimm­te Ober­stu­fen­pro­fi­le gewählt haben, ihre Bele­gungs­pflich­ten für das Abitur erfül­len kön­nen — wir sagen dazu „Abde­cker­kurs”. Gleich­wohl sind Noten zu ertei­len.

Ich habe den SuS vier Inhal­te ange­bo­ten, u.a. eine Wie­der­be­le­bung mei­nes alten Wald­kin­der­gar­ten­pro­jek­tes, wel­ches kon­kur­renz­los von allen prä­fe­riert wur­de.

Da ich mit dem Ablauf damals nicht so ganz zufrie­den war, las­se ich in die­sem Jahr eini­ge Ele­men­te aus dem klas­si­schen Pro­jekt­ma­nage­ment und mei­ne Erfah­run­gen mit Wikis aus dem letz­ten Jahr mit ein­flie­ßen, aber nicht zu viel, um die Trans­ak­ti­ons­kos­ten mög­lichst erträg­lich zu hal­ten — so gebe ich z.B. den ange­speck­ten Pro­jekt­ab­lauf­plan weit­ge­hend vor.

Das sieht dann so aus:

Wochen­tag Dop­pel­stun­de Inhalt
Frei­tag 1 Expe­ri­ment­aus­wahl, Pro­jekt­aufrä­ge
Frei­tag 2 M1: Pro­jekt­auf­trä­ge vor­stel­len, Mate­ri­al- und Gerä­te­lis­te erstel­len
Mitt­woch 3 Expe­ri­ment selbst durch­füh­ren, ggf. opti­mie­ren
Frei­tag 4 Fei­er­tag
Frei­tag 5 Expe­ri­ment selbst durch­füh­ren, ggf. opti­mie­ren
Mitt­woch 6 Beschrei­bung zum Ver­suchs­auf­bau erstel­len
Frei­tag 7 Beschrei­bung zum Ver­suchs­auf­bau erstel­len
Frei­tag 8 M2: Abga­be Beschrei­bung zum Ver­suchs­auf­bau
Mitt­woch 9 Prä­sen­ta­ti­on für den Kurs Grup­pe A
Frei­tag 10 Prä­sen­ta­ti­on für den Kurs Grup­pe B
Frei­tag 11 Prä­sen­ta­ti­on für den Kurs Grup­pe C
Frei­tag 12 Opti­mie­rung und Bezü­ge zu ande­ren Expe­ri­men­ten
Mitt­woch 13 Opti­mie­rung und Bezü­ge zu ande­ren Expe­ri­men­ten
Frei­tag 14 M3: Wald­kin­der­gar­ten­be­such
Frei­tag 15 Aus­wer­tung und Feed­back
Mitt­woch 16 Über­ar­bei­tung Beschrei­bun­gen
Frei­tag 17 Über­ar­bei­tung, weih­nacht­li­cher Abschluss
Mitt­woch 18
Frei­tag 19
Mitt­woch 20
Frei­tag 21
Frei­tag 22
Mitt­woch 23

 

Zwei Dop­pel­stun­den hat­ten wir schon (nor­ma­ler­wei­se steht da ein Datum). Wer noch nie einen Pro­jekt­auf­trag gese­hen hat, fin­det hier eine Vor­la­ge. In Fett­druck sind die Mei­len­stei­ne bezeich­net — die­se geben mehr oder weni­ger vor, bis zu wel­chen Zeit­punkt ein Zwi­schen­ziel erreicht sein muss. Ein Pro­jekt­auf­trag ist eine gute Grund­la­ge, um sich dar­über klar zu wer­den, was man über­haupt mit einem Pro­jekt errei­chen möch­te. Vor allem die Pro­jekt­ri­si­ken sind dabei für mich von beson­de­rem Inter­es­se — mög­li­che Risi­ken sind z.B.:

  • Moti­va­ti­ons­ver­lust
  • Unter­schied­li­ches Enga­ge­ment in der Klein­grup­pe
  • fach­li­che Über­for­de­rung
  • […]

Man kann dann im Vor­we­ge dar­über reden, wie man den Risi­ken begeg­net (die SuS haben viel Erfah­rung mit gelun­ge­nen und weni­ger gelun­ge­nen Grup­pen­ar­beits­pro­zes­sen).

Die in der ers­ten Pha­se zen­tra­le Beschrei­bung des Ver­su­ches besitzt fol­gen­de Struk­tur:

  • Grup­pen­mit­glie­der
  • Pro­jekt­auf­trag (Ver­lin­kung auf Datei)
  • Benö­tig­te Gerä­te
  • Benö­tig­te Che­mi­ka­li­en
  • Durch­füh­rung
  • Doku­men­ta­ti­on der eige­nen Durch­füh­rung
  • Theo­re­ti­scher Hin­ter­grund (gym­na­si­al)
  • War­um ist das Expe­ri­ment für Kin­der geeig­net?
  • Kind­ge­rech­te Erklä­rung
  • Was kann das Kind bei dem Expe­ri­ment über Che­mie ler­nen?

Es wird im Unter­richt immer ein fes­tes Ritu­al in Form eines Ple­nums geben, in dem die Grup­pen fol­gen­de Aspek­te berich­ten:

  1. Was haben wir heu­te erreicht?
  2. Wel­che Pro­ble­me gab es dabei?
  3. Was ist in nächs­ten Zeit zu erle­di­gen?

In der Prä­sen­ta­ti­ons­pha­se schlüpft das Ple­num in die Rol­le von Kin­der­gar­ten­kin­dern und Beob­ach­tern, wäh­rend jeweils ein Expe­ri­ment tat­säch­lich durch­ge­führt wird. Dabei tau­chen erfah­rungs­ge­mäß Pro­ble­me auf, an die auch ich vor­her nicht gedacht hät­te — vor allem auch Koope­ra­ti­ons­mög­lich­kei­ten zwi­schen Grup­pen.

Nach dem Besuch der Kin­der erfolgt eine letz­te Refle­xi­on, die fol­gen­de Ele­men­te umfasst:

  • Rück­mel­dung der Kin­der (muss auch vor­be­rei­tet wer­den)
  • Rück­mel­dung der Kurs­teil­ge­ben­den an mich und mei­nen Unter­richts­stil
  • Über­le­gun­gen zur Wei­ter­ar­beit, z.B. mit Grund­schul­kin­dern

Gesam­melt und erle­digt wer­den alle Arbeits­schrit­te in einem nicht­öf­fent­li­chen Doku­Wi­ki. Uns ste­hen in der Che­mie acht Lap­tops für die ernst­haf­te Arbeit und eini­ge Nexus7-Tablets für Recher­che und Zuar­beit zur Ver­fü­gung. Natür­lich gibt es LAN- und WLAN-Ver­sor­gung, sodass auf Tot­holz weit­ge­hend ver­zich­tet wer­den kann.

 

 

 

Chemiematerial schülerzentriert

Man sieht es schon an der Auf­ma­chung der Sei­te, dass hier jemand am Wer­ke ist, der einer­seits über viel Erfah­rung, ande­rer­seits über ein gehö­ri­ges Maß an Prag­ma­tis­mus ver­fü­gen muss. Aus­drück­lich emp­foh­len sei hier­mit die Sei­te von Arne Pönitz. Ich mache gera­de sein Part­ner­puz­zle zu dem Stoff­ge­mi­schen und bes­te Erfah­run­gen. Ich habe noch nicht viel Mate­ri­al gesich­tet, aber das, was ich gese­hen habe, hal­te ich für gut ein­setz­bar — z.B. auch vie­le ande­re Ver­su­che, die mich auf ande­re Glei­se und Zugän­ge set­zen — mit den Jah­ren neigt man ja doch dazu, man­ches, was gut funk­tio­niert, immer wie­der zu wie­der­ho­len. Es gibt dort auch Mate­ri­al zu Mathe und Infor­ma­tik, was ich habe nicht beur­tei­len kann.

Die Nernstsche Gleichung aufstellen

Ein­lei­tung

Die­ser Arti­kel dient auch als klei­nes Expe­ri­ment, um die Mög­lich­kei­ten des LaTeX-Plug­ins Quick­La­TeX aus­zu­lo­ten. Ich bin recht beein­druckt von den Satz­mög­lich­kei­ten, die ich hier nur zu 90% opti­miert habe… Da kön­nen jetzt also noch wei­te­re Arti­kel aus der Serie „Wie man leicht sieht…” fol­gen. Dort habe ich für die For­meln einen Web­dienst bemüht, der aus TeX-Syn­tax Vek­tor­gra­fi­ken erstellt — das sieht natür­lich dann hüb­scher aus, tippt sich aber nicht so fluffig.

Zur Sache

Die Nernst­sche Glei­chung ist einer der fun­da­men­ta­len Lern­in­hal­te im Bereich der Elek­tro­che­mie und prin­zi­pi­ell eigent­lich nichts wei­ter als ein arg ver­klau­s­ur­lier­tes che­mi­sche Gleich­ge­wicht, also ein ande­rer Aus­druck für K — im Prin­zip natür­lich. In Schul­bü­chern läuft einem das Ding eigent­lich fast nur in die­ser Form über den Weg:

    \[ (1) \; U_{H(Ox/Red)} = U_{H(Ox/Red)}^0 + \frac{0,059V}{z}\cdot lg \left( \frac{c(Ox)}{c(Red)} \right) \]

oder auch:

    \[ (2) \; U_{H(Ox/Red)} = U_{H(Ox/Red)}^0 + \frac{0,059V}{z}\cdot lg (K) \]

Wie erhält man nun die Nernst­sche Glei­chung für belie­bi­ge che­mi­sche Gleich­ge­wich­te?

Für das Chlor­sys­tem gilt:

    \[ (3)\; Cl_{2(g)} + 2e^- \rightleftharpoons 2Cl_{(aq)}^- \]

Für die­ses Gleich­ge­wicht stellt die Nernst­sche Glei­chung qua­si eine Umrech­nungs­vor­schrift dar. So kann ich z.B. aus einem gemes­se­nen Poten­ti­al eine tat­säch­lich vor­han­de­ne Chlo­r­idio­nen­kon­zen­tra­ti­on in einem Gleich­ge­wicht berech­nen. Dazu bestim­me ich zunächst auf bei­den Sei­ten der Glei­chung (2) die zuge­hö­ri­gen Oxi­da­ti­ons­zah­len:

    \[ (4)\; \overset{\text{0}}{Cl_2(g)} + 2e^- \rightleftharpoons 2\overset{\text{-I}}{Cl_{(aq)}^-} \]

Das Chlo­r­idi­on besitzt mit -I die nied­ri­ge­re Oxi­da­ti­onzahl und ist damit die redu­zier­te Form (Red). Das Chlor­mo­le­kül ist die oxi­dier­te Form (Ox). Jetzt muss ich dem Term für K so auf­stel­len, dass die oxi­dier­te Form oben steht:

    \[ (5) K = \frac{c(Ox)}{c(Red)} = \frac{c(Cl_2)\cdot c(e^-)^2}{c(Cl^-)^2} \]

Elek­tro­nen und das Chlor­gas besit­zen in einer Lösung kei­ne Kon­zen­tra­ti­on bzw. die­se kann als kon­stant ange­nom­men und gleich 1 gesetzt wer­den. Damit lau­tet die Glei­chung:

    \[ (6) \; U_{H\;(Cl_2/Cl^-)} = U_{H\;(Cl_2/Cl^-)}^0 + \frac{0,059V}{2}\cdot lg \left( \frac{1}{c(Cl^-)^2}\right) \]

Freund­li­cher­wei­se gilt außer­dem:

    \[ (7) \; lg(a)^b = b \cdot lg(a) \]

d.h., ich kann die Potenz aus dem Nen­ner des letz­ten Fak­tors vor den Aus­druck zie­hen, weil der Zäh­ler net­ter­wei­se gleich 1 ist:

    \[ (8) \; U_{H\;(Cl_2/Cl^-)} = U_{H\;(Cl_2/Cl^-)}^0 + \frac{0,059V}{2}\cdot 2 \cdot lg \left(\frac{1}{c(Cl^-)}\right) \]

und dann kür­zen:

    \[ (9) \; U_{H\;(Cl_2/Cl^-)} = U_{H\;(Cl_2/Cl^-)}^0 + 0,059V \cdot lg\left(\frac{1}{c(Cl^-)}\right) \]

Che­mie­bü­cher schrei­ben die Nernst­sche Glei­chung ger­ne anders auf, wenn die redu­zier­te Form die lös­li­che ist, indem sie meist still­schwei­gend vor­aus­set­zen, dass gilt:

    \[ (10) \; lg\left(\frac{a}{b}\right) = -lg\left(\frac{b}{a}\right) \]

also hier kon­kret:

    \[ (11) \; U_{H\;(Cl_2/Cl^-)} = U_{H\;(Cl_2/Cl^-)}^0 + \frac{0,059V}{1}\cdot - lg\left(\frac{c(Cl^-)}{1}\right) \]

bzw. mit vor­ge­hol­tem Minus­zei­chen und ande­rer Bruch­schreib­wei­se:

    \[ (12) \; U_{H\;(Cl_2/Cl^-)} = U_{H\;(Cl_2/Cl^-)}^0 - 0,059V \cdot lg \left(c(Cl^-)\right) \]

Ich fin­de die­se Unter­schei­dung nicht beson­ders sinn­voll. Natür­lich sieht die Glei­chung so für SuS erst­mal ein­fa­cher aus, aber es bleibt eben das Pro­blem, wann ein Minus­zei­chen und wann ein Plus­zei­chen in der Nernst­schen Glei­chung ver­wen­det wer­den soll/muss. Ich lege mich im Unter­richt immer auf die Vari­an­te mit dem Plus­zei­chen fest. So bekommt man jedes Redox­sys­tem durch eine ein­fa­che Schritt­fol­ge in den Griff.

Ein schwe­res Bei­spiel

Das Per­man­ga­nat­sys­tem ist schon nicht ganz ein­fach.

    \[ (13)\; MnO_{4(aq)}^- + 8H^+ + 5e^- \rightleftharpoons Mn_{(aq)}^{2+} + 4H_2 O_{(l)} \]

Schritt 1: Oxi­da­ti­ons­zah­len bestim­men — Wo ist die redu­zier­te Form?

Dafür schau­en wir uns die Per­man­ga­nat- und Man­ga­n­io­nen an:

    \[ (14)\; \overset{\text{+VII}}{Mn}O_{4(aq)}^- + 8H^+ + 5e^- \rightleftharpoons \overset{\text{+II}}{Mn_{(aq)}^{2+}} + 4H_2 O_{(l)} \]

 

Das Man­ga­n­ion besitzt die nied­ri­ge­re Oxi­da­ti­ons­zahl, ist also die redu­zier­te Form. Dem­nach muss die rech­te Sei­te der Glei­chung im Term für K nach unten.

Schritt 2: Aus­druck für K bestim­men

Die Kon­zen­tra­ti­on des Lösungs­mit­tels Was­ser kann als kon­stant ange­nom­men und gleich 1 gesetzt wer­den, taucht im Nen­ner also nicht mehr auf:

    \[ (15)\; K=\frac{c(MnO_{4(aq)})^- \cdot c(H^+)^8}{c(Mn_{(aq)}^{2+})} \]

Schritt 3: Aus­druck in die Nernst­sche Glei­chung ein­set­zen

    \[ (16) \; U_{H\;(MnO_{4(aq)}/Mn_{(aq)}^{2+})} = U_{(MnO_{4(aq)}/Mn_{(aq)}^{2+})}^0\right) \]

    \[ + \frac{0,059V}{5}\cdot lg \left( \frac{c(MnO_{4(aq)})^- \cdot c(H^+)^8}{c(Mn_{(aq)}^{2+})} \right) \]

Verlorene Links — Teil 7

In die­sem Teil der Serie gibt es viel für die Augen…

  1. Sascha Lobo sagt auf der Res Publi­ca 2011 sehr viel zur digi­ta­len Gesell­schaft, was 1:1 auch auf Leh­rer übetrag­bar ist — mir natür­lich aber auch in dem Ori­gi­nal­kon­text gut gefällt. Wer mag, kann dazu z.B. bei Herrn Lar­big vor allem auch in den Kom­men­ta­ren wei­ter­le­sen.
  2. Neu auf You­Tube ist die ARTE-Doku­men­ta­ti­on „Kau­fen für die Müll­hal­de” zu sehen. Schön, dass wir in der Netz­welt nie das Neu­es­te wol­len…
  3. Dazu passt nach wie vor Ellis Blog — ein Jahr in Afri­ka. Es gibt Pro­ble­me und Pro­ble­me auf der Welt und eben Pro­ble­me, die anders­wo viel mehr Pro­ble­me machen.
  4. Bei Wal­ter Fendt gibt es tol­le Phy­si­kapp­lets (teil­wei­se auch in Che­mie anwend­bar) — die muss man auch nicht weg­wer­fen…
  5. Wer schon immer ein­mal ein Elek­tron­ras­ter­mi­kro­skop für die Schu­le selbst bau­en woll­te, wird hier fün­dig — schlap­pe 2000,- Dol­lar, Soft­ware nicht inklu­si­ve.
  6. 500t TNT explo­die­ren unge­fähr so. Naja — zumin­dest strahlt es hin­ter­her nicht.

Ansons­ten begin­nen hier die Oster­fe­ri­en mit der Open­Of­fi­zie­rung der Erwar­tungs­ho­ri­zon­te für das Che­mieab­itur für mei­ne 15 Abitur­klau­su­ren auf erhöh­tem Niveau. Ich berei­te dazu auch etwas auf dem Dienst­weg vor. Wird im nächs­ten Jahr bestimmt wie­der anders. Viel­leicht soll­te ich mich auch von Sät­zen wie:

Ich berei­te euch nicht auf das Abitur vor. Ich möch­te, dass ihr im Neben- oder Haupt­fach Che­mie auf dem wei­te­ren Bil­dungs­wegs gut klar­kommt! (dann bekom­men sie ihr Abitur übri­gens auch… )

end­gül­tig ver­ab­schie­den…


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