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Von: Tuba Azam Ouriakheil, 1034666
Lukas von Fugler, 940584
Angeline Reske, 1082159
Studienfach: Chemie Lehramt Master, HRGe
Modul: Fachdidaktik II – 3. Fachdidaktisches Tutorprogramm
Leistung: Studienleistung (3 LP)
Dozentin: Frau Dr. Daniela Krischer
Datum: 26.01.18
Universität Siegen
Kohlenhydrate – Energielieferanten für den Menschen Eine Unterrichtsreihe für den Chemieunterricht in der Sek I (HRG)
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Inhalt 1 Abstract (Angeline Reske) .................................................................................................................... 3
1.2 Abkürzungsverzeichnis ...................................................................................................................... 4
2 Fachlicher Überblick (Tuba Azam, Lukas von Fugler) ........................................................................... 5
3 Einordnung im Kernlehrplan (Angeline Reske) ..................................................................................... 6
4 Verlaufspläne & Unterrichtsvorhaben ................................................................................................. 7
4.1 Themeneinführung (1./2. Stunde) (Tuba Azam) ........................................................................... 7
4.1.2 Stundenziele ........................................................................................................................... 7
4.2 Verschiedene Zucker mit Schwerpunkt Monosaccharide (3./4. Stunde) (Tuba Azam) ................ 8
4.2.2 Stundenziele ........................................................................................................................... 8
4.3 Haushaltszucker vs. Gelierzucker (5./6. Stunde) (Lukas von Fugler) ........................................... 10
4.3.2 Stundenziele ......................................................................................................................... 11
4.4 Stärke (7./8. Stunde) (Lukas von Fugler) ..................................................................................... 12
4.4.2 Stundenziele ......................................................................................................................... 12
4.5 Spaltung von Stärke (9./10. Stunde) (Angeline Reske) ................................................................ 14
4.5.2 Stundenziele ......................................................................................................................... 16
4.6 Aus Zucker wird Alkohol (11./12. Stunde) (Angeline Reske) ....................................................... 17
4.6.2 Stundenziele ......................................................................................................................... 19
5 Erprobung der Stunden (Angeline Reske) .......................................................................................... 20
5.1 Erprobung der Experimente ........................................................................................................ 20
5.2 Feedback von Bachelorstudenten ............................................................................................... 20
5.3 Resümee ...................................................................................................................................... 21
6 Literaturverzeichnis ............................................................................................................................ 22
7 Anhang ................................................................................................................................................ 23
7.4.1 (1./2. Stunde) ............................................................................................................................ 23
7.4.2 (3./4. Stunde) ............................................................................................................................ 25
7.4.3 (5./6. Stunde) ............................................................................................................................ 29
7.4.4 (7./8. Stunde) ............................................................................................................................ 32
7.4.5 (9./10. Stunde).......................................................................................................................... 36
7.4.6 (11./12. Stunde)........................................................................................................................ 41
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1 Abstract (Angeline Reske)
Die organische Chemie bietet viele interessante Themenbereiche, die bereits in der
Mittelstufe Verwendung finden und auch außerhalb des eigentlichen Chemieunterrichts
einen Lebensweltbezug der Kinder- und Jugendlichen haben. Wir haben uns für den grob
gefassten Bereich der Kohlenhydrate entschieden und folgendes Thema formuliert:
„Kohlenhydrate – Energielieferanten für den Menschen“. Damit kann eine Einbindung in den
Kernlehrplan gelingen, die an der entsprechenden Stelle dieser Arbeit detailliert aufgegriffen
wird. Zudem wird eine Verbindung zu anderen Fächern, wie Biologie, Hauswirtschaft und
auch Sportphysiologie ermöglicht. Das Thema soll in einer Unterrichtsreihe der organischen
Chemie eingegliedert werden und dabei optimalerweise nach der Stoffgruppe der Alkane
und vor der Stoffgruppe der Alkanole/Alkohole seinen Platz finden.
Die nachfolgenden Verlaufspläne der geplanten Unterrichtsstunden bauen aufeinander auf,
sodass thematisch ein roter Faden zu erkennen ist. Dennoch bieten auch die Einzelstunden
an sich jeweils einen eigenen Einstieg, eine Erarbeitungsphase und auch eine Sicherung
inklusive Vertiefungs- und Übungsmöglichkeiten in Form von Arbeitsblättern etc..
Während die Strukturierungen sowie die Ziele und die Einordnung in den Lehrplan sich
innerhalb des Fließtextes befinden, sind die Arbeitsmaterialien (Arbeitsblätter und andere
Unterrichtsmaterialien, als auch die Gefährdungsbeurteilungen) im Anhang zu finden.
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1.2 Abkürzungsverzeichnis
AB Arbeitsblatt
bzgl. bezüglich
bzw. beziehungsweise
EA Einzelarbeit
GA Gruppenarbeit
GUG Geführtes Unterrichtsgespräch
o.ä. oder ähnlich(e)
PA Partnerarbeit
s. siehe
SoS Schülerin oder Schüler
SuS Schülerinnen und Schüler
vgl. vergleiche
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2 Fachlicher Überblick (Tuba Azam, Lukas von Fugler)
6
3 Einordnung im Kernlehrplan (Angeline Reske)
Die vorliegende Reihe mit dem Titel „Kohlenhydrate – Energielieferanten für den Menschen“ kann
thematisch in zwei Inhaltsfeldern des Kernlehrplanes für die Gesamtschule der Sekundarstufe I in
Nordrhein-Westfalen eingeordnet werden (vgl. KLP 2013). Einerseits gehört die Unterrichtsreihe zu
dem Inhaltsfeld 8 mit der Überschrift „Stoffe als Energieträger“ (vgl. ebd., S. 88). Hier werden die
Alkane und auch Alkanole als inhaltlicher Schwerpunkt genannt und Energieträger in fossiler und
regenerativer Form angesprochen. Damit passt die Reihe bzgl. der Kohlenhydrate dazu, indem
Grundlagen der Alkane erweitert, eine Hinführung zu den Alkanolen gegeben und eben eine
Energieform für den menschlichen Körper vorgestellt werden kann. Aber auch das Inhaltsfeld 9 mit
dem Titel „Produkte der Chemie“ wäre an dieser Stelle zu nennen (vgl. ebd., S. 89). Innerhalb dieses
Bereiches werden Makromoleküle der Natur und Technik sowie die Strukturen und Eigenschaften
bestimmter, ausgesuchter Verbindungen angesprochen, indem beispielsweise mit Lebensmitteln
gearbeitet werden kann.
Die Unterrichtsreihe kann jedoch auch, wie bereits im Abstract erläutert, fächerübergreifend
unterrichtet werden. Hier wären beispielsweise die Fächer Biologie, Sport und auch Hauswirtschaft
zu nennen. Denn auch dort spielen Kohlenhydrate eine durchaus wichtige Rolle in der Ernährung und
Verdauung, in der Energiegewinnung für den Körper und in der Einteilung von Lebensmitteln.
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4 Verlaufspläne & Unterrichtsvorhaben
4.1 Themeneinführung (1./2. Stunde) (Tuba Azam)
Die nachfolgende Doppelstunde ist der Einstieg der Unterrichtsreihe „Kohlenhydrate“. In der
Durchführung der Doppelstunde wird auf das Vorwissen der SuS bzgl. des Themas „Alkane als
Energielieferanten angeknüpft.
Der grobe Stundenverlauf ist in der folgende Tabelle 4.1.1 aufgeführt.
Tabelle 4.1.1: Stundenverlaufsplan für 90 Minuten: Themeneinführung.
Unterrichts-phase
Zeit Unterrichtsgeschehen Sozial-form
Material/Medien
Einstieg 10' Die Lehrperson geht auf das letzte Thema ein („Alkane als Energielieferanten“) und lässt die SuS alles wiederholen. Anschließend folgt die Frage: „Woher bekommt der Mensch seine Energie?“.
GUG Tafel
Erarbeitung I 20' Antworten der SuS werden gesammelt und aufgenommen. Die Lehrperson zeigt ein kurzes Video.
GUG
Laptop, Beamer, Tafel
Sicherung I 5' Die relevanten Informationen aus dem Video werden festgehalten
GUG Tafel
Erarbeitung II 40' Versuch 1 und 2 werden durchgeführt (Zucker karamellisiert; Wassernachweis). Versuch 3 wird durchgeführt (brennender Zuckerwürfel)
GA GA
AB, Chemikalien, Materialien AB, Chemikalien, Materialien
Sicherung II 15' Die Beobachtungen werden zusammengetragen und eine Auswertung folgt.
GUG Tafel
4.1.2 Stundenziele
In dieser Doppelstunde sollen die SuS lernen, dass der Aufbau eines Zuckers ähnlich dem eines
Alkans ist. Sie sollen die Erkenntnis gewinnen, dass Zucker auch Kohlenwasserstoffketten sind, die
noch zusätzlich Sauerstoffmoleküle enthalten. In der ersten Erarbeitungsphase sollen die SuS diesen
Lerninhalt durch ein kurzes Video erlernen. Dies soll zusätzlich in der Erarbeitungsphase II chemisch
nachgewiesen werden, indem man Watesmopapier an den Dampf hält, der beim Verbrennen des
Zuckers entsteht. Zudem soll auch hierbei die Eigenschaft des Karamellisierens erkannt werden. Im
dritten Versuch der zweiten Erarbeitungsphase sollen die SuS einen Zuckerwürfel zum Brennen
bringen und so erkennen, das Energie freigesetzt wird und Zucker einen Energielieferanten darstellt.
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4.2 Verschiedene Zucker mit Schwerpunkt Monosaccharide (3./4. Stunde) (Tuba Azam)
In der folgenden Doppelstunde wird an das Vorwissen der letzten Stunde geknüpft und die
Monosaccharide werden vorgestellt. Insbesondere stehen hierbei Glucose und Fructose im
Mittelpunkt.
Die nachfolgende Tabelle 4.2.1 stellt den groben Stundenverlauf dar.
Tabelle 4.2.1: Stundenverlaufsplan für 90 Minuten: Zucker mit Schwerpunkt Monosaccharide.
Unterrichts-phase
Zeit Unterrichtsgeschehen Sozial-form
Material/Medien
Einstieg 10' In Anlehnung zur letzten Doppelstunde, werden nun von der Lehrperson unterschiedliche Monosaccharide vorgestellt
GUG Tafel
Erarbeitung I 15' Es wird nochmals das Video gezeigt (die Stellen, die für die Doppelstunde relevant sind). Es folgt eine mündliche Besprechung
GUG Laptop, Beamer
Sicherung I 10' Die Ergebnisse werden zusammengetragen und festgehalten.
GUG Tafel
Erarbeitung II 15' Die Lehrperson nennt je ein Beispiel für Aldosen und Ketosen (Glucose und Fructose). Anschließend wird Versuch 4 durchgeführt (Benedict-Nachweis)
GUG GA
AB, Chemikalien, Materialien
Sicherung II 10' Die Beobachtungen werden zusammengeführt und eine Auswertung gemacht (gleiche Reaktion, sowohl bei Glucose, als auch bei Fructose). Die Lehrperson stellt die Frage, wie man denn unterschiedlichen Monosaccharide nachweisen kann.
GUG Tafel
Erarbeitung III 20' Versuch 5 (Seliwanoff-Probe) wird durchgeführt. GA AB, Chemikalien, Materialien
Sicherung III 10' Die Beobachtungen werden zusammengeführt und eine Auswertung wird gemacht.
GUG Tafel
4.2.2 Stundenziele
Ziel dieser Doppelstunde ist es, den SuS zu vermitteln, dass es unterschiedliche Zucker gibt. Der
Fokus liegt hierbei auf Monosaccharide. In der ersten Erarbeitungsphase sollen sich die SuS nochmals
das Video ansehen, allerdings nur die relevanten Abschnitte. Anschließend soll in der
darauffolgenden Erarbeitungsphase die Erkenntnis gewonnen werden, dass sich verschiedene Zucker
mit dem Benedict-Reagenz nachweisen lassen (Bsp. Glucose & Fructose). Um nun eine Ketose von
einer Aldose chemisch zu unterscheiden und nachzuweisen, soll in der dritten Erarbeitungsphase die
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Seliwanoff-Probe durchgeführt werden. Die Ketoselösung (Fructose) wird in dem Versuch dabei rot,
wohingegen die Aldoselösung klar bleibt. Hier erkennen die SuS einen deutlichen Unterschied.
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4.3 Haushaltszucker vs. Gelierzucker (5./6. Stunde) (Lukas von Fugler)
In den folgenden zwei Doppelstunden soll auf die zuvor gelernten Monosaccharide aufgebaut
werden. Es werden Disaccharide, anhand von Haushaltszucker kennen gelernt. Dabei wird auch auf
die Produktion dessen eingegangen. Über den Vergleich von Gelierzucker zu dem „normalen“
Haushaltszucker wird das Thema der Polysaccharide besprochen bis zur Stärke besprochen.
Tabelle 4.3.1: Stundenverlaufsplan für 90 Minuten: Haushaltszucker als Beispiel für Disaccharide
Phase Zeit Unterrichtsgeschehen Sozialform Medien/
Materialien
Einstieg I
10‘ Die Lehrperson lässt die SuS über die vergangene Stunde rekapitulieren. Es wurde unter anderem gelernt, wie Einfachzucker aufgebaut sind. Fructose und Glucose gehören in diese Kategorie Zucker (Monosaccharide). Aber das sind nicht alle Zucker. Ein Zucker, den die meisten schon gegessen haben soll nun Thema sein. Welcher kann das wohl sein? Und woher kommt der Zucker? Die Schüler stellen Vermutungen auf, welche an der Tafel gesammelt werden.
GUG PPP, Tafel
Erarbeitungsphase I
25‘ Die SuS bekommen ein Arbeitsblatt und Infotext zum Thema Haushaltszucker/Zuckerherstellung. Dort wird auch beschrieben, dass Haushaltszucker aus Saccharose besteht.
PA/GA Arbeitsblatt, Heft
Sicherung I 25‘ Die Lernenden bauen mit dem Molekülbaukasten zunächst je Glucose oder Fructose, als Ring. Anschließend sollen sie diesen mit dem anderen verbinden, so, dass Saccharose (siehe AB) entsteht.
GA
Molekülbaukasten
Einstieg II - kann auch entfallen)
5‘ Die vergangene Stunde wird von den SuS rekapituliert.
Meldekette Tafel
Erarbeitung II
30‘ In einem Experiment sollen nun die unterschiedlichen Verhaltensweisen der unterschiedlich langen Zucker erkannt werden. Die Fragestellung: „Was passiert mit naturtrübem Apfelsaft, wenn er mit Haushaltszucker oder Gelier-Zucker aufgekocht und wieder abgekühlt wird?“ Woran kann das liegen? Es folgt der Versuch mit Zucker und Gelierzucker
Versuch in GA/PA
Heft, AB, Chemikalien, Materialien
11
Die SuS bearbeiten den Versuch und versuchen die Frage anhand des Versuchsprotokolls zu beantworten.
Sicherung II
5‘ Die Ergebnisse werden gesammelt und mit Hinblick auf den weiteren Unterricht fällt auf, dass man noch nicht begründen kann, warum der Gelierzucker den Apfelsaft verfestigt und der Haushaltszucker nicht.
GUG Tafel
4.3.2 Stundenziele
Am Ende der Doppelstundeneinheit sollen die Lernenden Haushaltszucker als Saccharose und
Disaccharid kennen, und beschreiben können. Außerdem sollen sie die Produktion von Saccharose
erklären können.
Für die einzelnen Arbeitsphasen ergeben sich folgende Lernziele: Im ersten Arbeitsschritt rufen die
SuS ihr Wissen aus den vorherigen Stunden ab und versuchen mit diesem auf einen neuen Bereich zu
erschließen. Die neuen Erkenntnisse aus der ersten Erarbeitungsphase (Herstellung und Aufbau von
Saccharose), sollen durch die Verwendung des Molekülbaukastens gefestigt werden. Es schließt ein
Versuch an, der die SuS vor neue Probleme stellt. Dieses kann durch die Lernenden wahrscheinlich
vage, aber noch nicht konkret beantwortet werden.
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4.4 Stärke (7./8. Stunde) (Lukas von Fugler)
Diese Doppelstundeneinheit knüpft direkt an die vergangene an, die SuS sollen nun das Problem des
Zuckers/Gelierzuckers klären und dadurch Polysaccharide bis zur Stärke kennenlernen.
Tabelle 4.4.1: Stundenverlaufsplan für 90 Minuten: Polysaccharide - Stärke und Pektine
Phase Zeit Unterrichtsgeschehen Sozialform Medien/
Materialien
Einstieg I 5‘ Warum wurde der Gelierzucker fest und der „normale“ Haushaltszucker nicht.
Ein Schüler/ eine Schülerin leitet die Diskussion
Schülerdiskussion Tafel/Whiteboard
Erarbeitung I 30‘ Es gibt ein Arbeitsblatt, auf dem alle nötigen Informationen stehen, um die Ausgangsfrage, zu beantworten. Ebenso wird dort Hintergrundwissen vermittelt und ein Alltagsbezug hergestellt.
EA Arbeitsblatt, Heft
Sicherung I 10‘ Die Ausgangsfrage soll nun an der Tafel geklärt werden.
Ein Schüler/ eine Schülerin leitet die Diskussion
Schülerdiskussion Tafel/Whiteboard
Einstieg II
10‘ Es gibt noch einen ganz besonderen Mehrfachzucker, den wahrscheinlich alle kennen, aber nie gedacht hätten, dass es Zucker ist. Frage der Stunde: „Was ist Stärke?“
Mind-Map oder Cluster an der Tafel. Die SuS schreiben ihre Ideen von Stärke „ohne Vorwissen“ an die Tafel, in der Mitte steht der Begriff Stärke.
Dieses Cluster soll am Ende der Stunde korrigiert/ergänzt werden.
GUG Tafel
Erarbeitung II 25‘ Stärkenachweis-Versuch
Die SuS bearbeiten den Versuch und das Arbeitsblatt selbstständig
Versuch, PA/GA (max.4)
Chemikalien, Labormaterialien, AB
Sicherung II 10‘ An einer anderen Tafel (das Cluster ist noch da) wird aufgelistet, in welchen Lebensmitteln Stärke vorkommt und in welchen nicht. Anschließend wird das Cluster ergänzt.
GUG Tafel
4.4.2 Stundenziele
Am Ende dieser Doppelstunde können die SuS Mono-, Di- und Polysaccharide beschreiben,
unterscheiden (Struktur, Eigenschaften) und Beispiele für die Kategorien nennen können. Als
Polysaccharide werden Stärke und Pektine eine zentrale Rolle spielen.
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Bezogen auf die einzelnen Phasen heißt das, dass die SuS in der Ersten Phase den Unterricht
eigenständig (erfordert wahrscheinlich einiges an Übungszeit vorher) rekapitulieren. Mit einem
Arbeitsblatt soll das Problem geklärt werden. Hier arbeiten die SuS einzeln. Der erste Teil kann
komplett schülergeleitet mit einer Diskussion beendet werden. Die Lehrperson kann hier die Aufgabe
des Schriftführers/der Schriftführerin (o.ä.) übernehmen und die SuS den Unterricht zum großen Teil
selbst gestalten lassen. Weitergehend wird durch ein GUG Stärke als Zucker kennengelernt. Die SuS
bringen hier ihre Erfahrung mit und beschreiben Stärke aus ihrem Alltag. Anschließend werden
Lebensmittel untersucht, die Stärke enthalten könnten. So verstehen die Lernenden Stärke am Ende
als Polysaccharid, können sie beschreiben und von Mono- und Disacchariden trennen.
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4.5 Spaltung von Stärke (9./10. Stunde) (Angeline Reske)
Für eine optimale Durchführung der nachfolgenden Doppelstunde benötigen die SuS Vorwissen bzgl.
des Unterschiedes von Mono-, Di- und Polysacchariden, sowie bzgl. des Nachweises von Stärke und
die Struktur dieser Moleküle.
Die Stunde orientiert sich an dem Prinzip der Problemorientierung und teilweise auch an dem der
Handlungsorientierung (Labudde 2013, S. 104 f.). Neben der Aktivierung und Vertiefung von
Vorwissen bzgl. Stärke sollen die Lernenden Experimentierweisen inklusive Nachweisreaktionen üben
und den Weg des wissenschaftlichen Erkenntnisprozesses mithilfe einer Protokollvorlage
durchschreiten. Die Materialien und die Durchführung des Stundenversuches wurden nach einer
Vorlage abgeändert (vgl. chemieunterricht.de, a).
In der folgenden Tabelle ist der grobe Stundenverlaufsplan notiert, den es je nach Lerngruppe zu
variieren gilt (s. Tabelle 4.5.1). Die Materialien sind im Anhang unter dem Punkt 7.4.5 zu finden.
Tabelle 4.5.1: Stundenverlaufsplan für 90 Minuten: Spaltung von Stärke.
Unterrichts-phase
Zeit
Unterrichtsgeschehen Sozial-form
Material/ Medien
Einstieg 10‘ Die Frage der Tante „[…] – wenn ich Brot backe, kommt in den Teig kein Zucker, nur […]. Warum schmeckt Brot trotzdem süß, wenn ich es lange kaue?“ wird durch die Lehrperson gestellt. Zunächst Vorwissen und Vermutungen aus der letzten Stunde sammeln. Wissenschaftliche Fragestellung für das Labor formulieren und fixieren (möglich: „Was passiert mit der Stärke im Mund?“)
Plenum, GUG
Powerpoint/OHP + Folie, Tafel
Erarbeitung I
15‘ Vermutungen bzgl. der Fragestellung sammeln und fixieren (möglicher Input seitens der Lehrperson: Enzyme im Speichel, die an der Spaltung beteiligt sind). Einteilung der Klasse in Gruppen (4 SuS). AB 1 wird ausgegeben, hier sollen die SuS nun die Fragestellung sowie die für ihre Gruppe relevante Hypothese notieren. Die vorgegebenen Materialien und auch die Durchführung sollen gelesen werden.
GUG GA
Tafel Gruppen-kärtchen, AB 1
Sicherung I 5‘ Die jeweiligen Hypothesen werden gesichert und die Fragen und Unklarheiten bzgl. des Versuches werden geklärt.
GUG AB 1
Erarbeitung II
30‘
Bevor der eigentliche Aufbau beginnt, wird vorne am Pult gemeinsam mit dem Lehrer und freiwilligen SuS die Nachweislösungen (s.– Herstellen/Anleitung) hergestellt, Eigenständigkeit hängt vom Wissensstand ab. Die Gruppen kümmern sich entsprechend ihrer
GA AB 1 Chemikalien und Materialien (s. AB 1)
15
Rolle (ausgehend von den Gruppenkärtchen) um das Holen des Materials und dessen Aufbaus (s. Abb. 4.5.1) Die Lehrperson gibt individuelle Hilfe und das OK für den Start der Durchführung. Anschließend wird der Versuch durchgeführt und beobachtet (s. Abb. 4.5.2). In der Zeit, in der das Gemisch kocht, schauen sich die SuS-Gruppen ein Video an ("Nicht Newtonisches Fluid vs. Faustschlag“: https://www.youtube.com/watch?v=B6h5pVETbd8). Nach Beendigung räumen die Gruppen (ausgehend von den Gruppenkärtchen) ihre Arbeitsplätze auf und notieren ihre Beobachtungen.
Laptop, Video
Sicherung II 5‘ Diese werden anschließend gemeinsam mündlich besprochen.
GUG
Erarbeitung III
10‘ 5‘
Die SuS sollen nun in ihren Gruppen mithilfe des Schulbuches die Auswertung des Versuches vornehmen (Stichworte: Stärkespaltung durch Säure, Strukturformeln Stärke/Glucose, Iod-Kaliumiodid-Lösung zum Stärkenachweis, Benedict-Reagenz zum Nachweis von Glucose). Für Schnellere: Notierung der Beobachtungen und der Auswertung auf der Folie. Die Auswertung wird besprochen, korrigiert und fixiert.
GA GUG
AB 1, Schulbuch Folie „AB 1“ Folie „AB 1“, AB 1
Vertiefung 10‘ Die Lehrperson zeigt erneut die Frage der Tante vom Stundenanfang. Nachdem die SuS diese in ihr Heft übernommen haben, sollen sie einen Text formulieren und die Frage in Form einer E-Mail/eines Briefes beantworten. (Rest wäre möglicherweise Hausaufgabe und der Einstieg in die nachfolgende Stunde)
EA OHP + Folie, Heft
Bezüglich einer Differenzierung innerhalb der Lerngruppe bietet sich in der Stunde die durch die
Lehrperson aktive Gruppenzuordnung an. Somit könnte die Zusammenstellung per Kärtchen aktiv
gelenkt werden und leistungsschwächere und leistungsstärkere SuS gemischt werden. Dies würde
das soziale Lernen und die Methode der Gruppenarbeit fördern. Außerdem bietet sich, wie bereits
im Plan angegeben, Möglichkeiten schnellere SuS („Sprinter“) durch den Auftrag die eigenen
Ergebnisse auf Folie zu bringen zu fordern. Als weiteres Beispiel würde hier auch das gemeinsame
Herstellen der Nachweislösungen im Plenum am Pult gelten und gibt die Möglichkeit einzelne SuS
verstärkt in diesen Vorgang einzubringen, ohne Nachteil für andere Lernende. Der Vorteil des Videos
liegt darin, dass dies unabhängig von den anderen Gruppen per Laptop geschaut werden kann,
während das Stärke-Säure-Gemisch kocht und bietet eine interessante und motivationsweckende
Effekte, die Chemie im Alltag aufzeigen kann.
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Abbildung 4.5.1: Aufbau des Versuches zur Stärkespaltung.
Abbildung 4.5.2: Erhitzen der Stärke zu einer klaren Lösung.
4.5.2 Stundenziele
Da das Thema inhaltlich so nicht im Kernlehrplan auftaucht, können nun an dieser Stelle keine
vorformulierten Ziele des Kernlehrplans aufgeführt werden. Bezogen auf die gesamte Doppelstunde
kann das Stundenziel formuliert werden, dass die SuS in der Lage sein sollen den Weg des
naturwissenschaftlichen Erkenntnisprozesses unter Anleitung der Lehrkraft und mithilfe des
vorgefertigten Protokollbogens zu beschreiten (Erkenntnisgewinnung). Außerdem sollen die
Lernenden in der Lage sein die Stärkespaltung sowohl experimentell als auch schriftlich zu erläutern.
Innerhalb der Stunde können, bezogen auf die einzelnen Lernschritte, Teilziele formuliert werden,
die dann insgesamt zu dem Gesamtziel führen. Innerhalb des Einstieges sollen die SuS in der Lage
sein das Problem der Tante zu erkennen, daraus eine wissenschaftliche Fragestellung zu formulieren
und erste Vermutungen aufzustellen. Ein weiteres Teilziel der Stunde bezieht sich auf die sich
anschließende Phase, in der die SuS in der Lage sein sollen, innerhalb ihrer Schülergruppe eine
Hypothese zu fixieren, die es mithilfe des vorgegebenen Versuches zu überprüfen funktioniert. Die
Experimentierphase an sich hat zum Ziel, dass die SuS in der Lage sind arbeitsteilig die
Versuchsvorschriften zu befolgen und den vorliegenden qualitativen Versuch durchzuführen und auf
Basis der Hypothese zu beobachten. In der abschließenden Vertiefung, in der ein Rückbezug zum
alltagsnahen Einstieg hergestellt wird, sollen die SuS in der Lage sein das wissenschaftliche Niveau
der zuvor fixierten Auswertung auf ein umgangssprachliches Niveau zu transformieren, um der Tante
in einem Antwortbrief zu antworten. Damit kann das Verständnis der Thematik überprüft werden.
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4.6 Aus Zucker wird Alkohol (11./12. Stunde) (Angeline Reske)
Für eine optimale Durchführung der nachfolgenden Doppelstunde benötigen die SuS Vorwissen bzgl.
der Monosaccharide, wie beispielsweise Glucose.
Die Stunde soll eine Überleitung zu dem Themenbereich der Alkohole darstellen und schließt das
Thema der Kohlenhydrate ab und kann damit die entsprechenden Inhalte als Vorwissen
voraussetzen. Dabei ist die Stunde geprägt von dem Prinzip der Handlungsorientierung (vgl. Labudde
2013, S. 105), indem durch verortend-orientierende und handelnd-gestaltende Elemente gelehrt und
gelernt wird. Der in der Stunde durchgeführte Versuch wurde im Ansatz übernommen, aber
methodisch und didaktisch transformiert (vgl. Schwedt 2010, S. 130 f.).
In der folgenden Tabelle ist erneut der grobe Stundenverlaufsplan notiert, den es je nach Lerngruppe
zu variieren gilt (s. Tabelle 4.6.1). Die Materialien sind im Anhang unter dem Punkt 7.4.6 zu finden.
Tabelle 4.6.1: Stundenverlaufsplan für 90 Minuten: Aus Zucker wird Alkohol.
Unterrichts-phase
Zeit Unterrichtsgeschehen Sozial-form
Material/ Medien
Einstieg 3‘ Die Lehrperson teilt die Klasse in Gruppen von 3 SuS ein und stellt folgende Aufgabe, die es zu erledigen gilt: „[…] wie sieht das andere Produkt der Reaktion von Glucose aus, wenn Kohlenstoffdioxid das andere Produkt darstellt?“ Erste Vermutungen bzgl. der beteiligten Atome werden mündlich gesammelt.
Plenum OHP, Folie
Erarbeitung I 5‘ 10‘
Die SuS haben nun die Möglichkeit mithilfe des Molekülbaukastens mögliche Strukturformeln des entstehenden Ethanols zu bauen. Die Gruppen präsentieren anschließend die Ergebnisse, wobei Dopplungen gekürzt werden. Die Lehrperson fixiert dabei die richtige Lösung, bzw. muss ggf. diese selber zusammenbauen. Anhand des Modells, wird die Reaktionsgleichung des Einstieges an die Tafel geschrieben (Summenformel und Wortgleichung – „Ethanol“ bis dato nicht erwähnen): Glucose → Ethanol + Kohlenstoffdioxid.
GA GA
Molekülbau-kasten Molekülbau-kasten, Tafel, Kreide
Erarbeitung II
2‘ 30‘
Die Lehrperson gibt die Versuchsanleitung aus, die zunächst besprochen und auf mögliche Unklarheiten untersucht wird. Dann wird die Klasse mithilfe der Gruppenkärtchen aus 4.5 in Gruppen eingeteilt (4 SuS). Anschließend bauen und führen die SuS den Versuch durch. Dabei steht die Lehrperson für Fragen und Anregungen zur Verfügung (s. Abb. 4.6.1 und 4.6.2). Die SuS räumen diesen anschließend
GUG GA GA
AB 1 Gruppen-kärtchen, AB 1, Chemikalien und Materialien (s. AB 1),
18
eigenständig auf und notieren danach ihre Beobachtungen. Schnellere SuS schreiben ihre Beobachtungen auf eine Folie für die nachfolgende Besprechung.
Heft Folie, OHP
Sicherung I 5‘
Zunächst werden die Beobachtungen besprochen, indem die „Schnelleren“ dies moderieren und die Lehrperson ggf. eingreift um Sachverhalte zu korrigieren.
Plenum Folie, OHP, AB 1, Heft
Erarbeitung III
10‘ Für die Auswertung sollen die SuS das Internet/das Schulbuch nutzen.
PA Schulbuch, AB 1, Heft
Sicherung II 5‘ Mithilfe der Molekülmodelle am Anfang werden die Schritte der alkoholischen Gärung und damit die Auswertung des Versuches nachvollzogen, verglichen und fixiert.
GUG AB 1, Molekülbau-kasten, Heft
Vertiefung 20‘ Die SuS sollen das AB 2 bearbeiten, um das Thema der Kohlenhydrate insgesamt zu üben und zu wiederholen
EA AB 2
Innerhalb dieser Stunde eine Differenzierung zu schaffen, ist wie auch in der vorherigen Stunde
dadurch möglich, die Gruppenarbeit von der Lehrperson im Punkt der Zusammenstellung der SuS zu
steuern (s. 4.5). Auch hier bietet sich die Möglichkeit, durch leistungsstärkere oder generell schneller
arbeitende SuS die Plenumsgespräche durch Folien oder durch das Moderieren aktiv mitzugestalten.
Bezüglich des letzten Arbeitsblattes, also der Zusammenfassung des gelernten Fachwissens könnten
beispielsweise das Schulbuch, die Schulmappe/das -heft oder Partnerarbeit leistungsschwächeren
SuS eine Hilfestellung geben.
Abbildung 4.6.1: Aufbau und Materialen des Gärversuches.
Abbildung 4.6.2: Durchführung der Gäransätze.
19
Abbildung 4.6.3: Ausbleibende/starke/leichte Schaumbildung der Ansätze.
4.6.2 Stundenziele
Da diese Doppelstunde am Ende der Reihe steht, bildet sie den Abschluss der Kohlenhydrate und
gleichzeitig die Überleitung zum Thema der Alkohole. Auch an dieser Stelle kann kein Stundenziel aus
dem Lehrplan eingefügt werden. Bezogen aus diese Doppelstunde kann das Stundenziel formuliert
werden, dass die SuS in der Lage sein sollen, mithilfe des Vorwissens aus der Unterrichtsreihe einen
Versuch durchzuführen, der wiederum das Interesse für die folgende Unterrichtsreihe wecken soll.
Auch hier können wieder anhand der einzelnen Lernschritte der Doppelstunde Teilziele formuliert
werden. Das erste Teilziel der Doppelstunde bezieht sich wieder auf dem Einstieg und auch die erste
Erarbeitungsphase, in der die SuS in der Lage sein sollen die Strukturformel des Ethanols mithilfe des
Molekülbaukastens durch Ausprobieren und Vorwissen bzgl. Atombindungen herauszufinden. Die
anschließende Experimentierphase hat zum Ziel, dass die SuS in der Lage sein sollen den
vorgegebenen Versuch arbeitsteilig durchzuführen und zu beobachten. Bzgl. der anschließenden
Auswertung sollen die SuS in der Lage sein das Schulbuch als Medium zu nutzen, um die
Beobachtungen und die zu Anfang der Stunde fixierte Reaktionsgleichung in Partnerarbeit zu
erklären. Die den Versuch abschließende Sicherungsphase hat zum Ziel, dass die SuS in der Lage sein
sollen die Grundzüge der alkoholischen Gärung und die Bedeutung des Zuckers dabei zu nennen. Das
die Themenreihe abschließende Arbeitsblatt bildet damit das letzte Teilziel der Doppelstunde und
der gesamten Reihe und hat zum Ziel, dass die SuS in der Lage sein sollen das erworbene Wissen bzgl.
des Themas der Kohlenhydrate anhand von verschiedenen Aufgabentypen und Unterthemen
schriftlich wiederzugeben.
20
5 Erprobung der Stunden (Angeline Reske)
5.1 Erprobung der Experimente
Für eine erste Erprobung der Experimente, führten wir diese eigenständig im Labor der
Chemiedidaktik durch. Damit wurde die Möglichkeit gegeben, an bestimmten Faktoren noch zu
arbeiten und die Versuchsbedingungen zu optimieren. An einem vorher bestimmten Termin, wurden
die Experimente dann (als reine Versuchsbeschreibung) an Bachelorstudenten weitergereicht, die
diese durchführen, auswerten und beurteilen sollten. Zuvor wurde ihnen der grobe Reihenüberblick
erläutert und die Abfolge der Experimente und die Unterthemen präsentiert. Deren Rückmeldung
wird im folgenden Punkt weiter ausgeführt.
5.2 Feedback von Bachelorstudenten
Nach Durchführung der Experimente und Begutachtung der Arbeitsmaterialien, die zu den jeweiligen
Experimenten gehören, fiel das Feedback durchaus positiv aus. Der rote Faden der Reihe mit den
entsprechenden Experimenten sei deutlich geworden und die eingesetzten Materialien und
Chemikalien seien gut aufeinander abgestimmt. Diese wiederholten sich teilweise in den
Experimenten, was aber mehr der Sicherung und Vertiefung als der Langeweile entspreche. Auch der
Schwierigkeitsgrad sei gut gewählt für das angedachte Alter bzw. die angedachte Klassenstufe.
Zusätzlich sei es als positiv zu bewerten, dass die Versuche eine gute zeitliche Länge hätten (nicht zu
lang und komplex und auch nicht zu kurz und simpel). Die das Experiment einrahmenden
Arbeitsblätter und Versuchsanweisungen seien gut verständlich und die wichtigsten Informationen
seien enthalten und klar strukturiert, sodass ein schnelles Arbeiten möglich wäre. Lediglich das
Abwiegen von kleineren Mengen solle je nach Fertigkeiten der Klasse dann so einfach wie möglich
gestaltet werden, indem dies von der Lehrperson beispielsweise vorgegeben wird oder diese
Hilfestellung gibt. Auch die Kochzeit des Apfelsaftes zum Beispiel könne je nach Klasse und
Schülergruppe zu Langeweile führen, sodass hier noch über eine Überbrückung der Zeit nachgedacht
werden solle.
Insgesamt konnten wir die Versuchsdurchführung und auch die Ergebnisse beobachten, die alle wie
geplant abgelaufen und zu vermerken waren. Damit haben die Experimente sowohl in der eigenen
Planung und Erprobung als auch in der Erprobung durch die anderen Studenten funktioniert.
21
5.3 Resümee
Abschließend ist damit zu sagen, dass es natürlich durchaus sinnvoll wäre eine erneute Verfeinerung,
wie beispielsweise die Überbrückung von Wartezeiten innerhalb der Versuche, durchzuführen. Aber
dennoch wäre es möglich die vorliegende Unterrichtsreihe in einer realen Klasse und unter
realistischen Gegebenheiten auszuprobieren und durchzuführen, um eine genaue Bewertung der
Materialien und des Ablaufes vornehmen zu können. Denn zu beachten ist, dass Studenten meist
bereits schneller arbeiten können, als chemie-unerfahrene SuS. Somit wäre vor allem der Zeitaspekt
interessant in der Praxis zu überprüfen.
22
6 Literaturverzeichnis
Buchquellen: Brischar, Michael, Ehe, Peter, Naumann, Ludwig, Theophel, Eberhard, Weber, Toni (1996): Einblicke Chemie, Klett Schulbuchverlag, Stuttgart Demut, Reinhard, Parchmann, Ilka, Ralle, Bernd (2006) Chemie im Kontext Cornelsen Verlag, Berlin Labudde, P. (20132): Fachdidaktik Naturwissenschaft. 1.-9. Schuljahr. Haupt Verlag. Bern. Schwedt, G. (2010): Zuckersüße Chemie. Kohlenhydrate & Co. Wiley-VCH Verlag. Internetquellen: Bedeutung des Themas „Kohlenhydrate“ für die Schule http://www.chemieunterricht.de/dc2/kh/kh-vorwort.htm Chemieunterricht.de, a: Versuch: Hydrolyse von Stärke: http://www.chemieunterricht.de/dc2/haus/v070.htm (Zugriff: 01.12.17) KLP: Ministerium für Schule und Weiterbildung des Landes Nordrhein-Westfalen (20132): Kernlehrplan für die Gesamtschule – Sekundarstufe I in Nordrhein-Westfalen. Naturwissenschaften Biologie, Chemie, Physik Kohlenhydrate - Einfachzucker https://www.youtube.com/watch?v=owNSCqaPtvw Ohne Titel http://www.seilnacht.com/Chemie/ch_gluco.htm (Aufgerufen am 21.01.2018) Video 9./10. Stunde: "Nicht Newtonisches Fluid" vs. Faustschlag“: https://www.youtube.com/watch?v=B6h5pVETbd8 (Zugriff: 01.12.17) Zeitschriftenartikel: Fleischer, Holger (2017): Die „Iod-Probe“ als Alternative zur Fehling- und Benedict-Probe - Eine einfache und gefährdungsfreie Nachweisreaktion auf reduzierende Zucker, in: Chemkon, 24, Nr.3, S. 119-123, Wiley-VCH Verlag, Weinheim Fleischer, Holger (2017): Fehlinterpretation der Fehling-Probe auf reduzierende Zucker - Von der Beobachtung im Chemieunterricht zur Evidenz gegen die Oxidation der Aldehydgruppe, in : Chemkon, 24, Nr.1, S.27-30, Wiley-VCH Verlag, Weinheim Sommer, Katrin, Russen, Adrian, Kokoschka, Annette, Pfeifer, Peter (2012): Stärke - echt stark!, Das didaktische Potenzial des Themas „Stärke“ im naturwissenschaftlichen Anfangsunterricht, in: Naturwissenschaften im Unterricht. Chemie, 23 (2012), 130/131, S. 66-69, Friedrich Verlag, Velber Wegener, Claas, Hammann, Marcel (2012): Süßstoffe - süß ist nicht gleich süß, in MNU, 65, Nr.8, S.487-489, Verlag Klaus Seeberger, Neuss
23
7 Anhang
7.4.1 (1./2. Stunde)
24
25
7.4.2 (3./4. Stunde)
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27
28
29
7.4.3 (5./6. Stunde)
30
31
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7.4.4 (7./8. Stunde)
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34
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7.4.5 (9./10. Stunde)
Folie – Einstieg:
An meine Nichte/meinen Neffen, die/den ChemielehrerIn Siegen, Januar 2017
Liebe/r Nichte/Neffe,
du als ChemielehrerIn kannst mir bestimmt weiterhelfen – wenn ich Brot backe, kommt in den Teig kein Zucker, nur Mehl, Hefe, Salz und Wasser. Warum schmeckt Brot trotzdem süß, wenn ich es lange kaue?
Über eine Antwort würde ich mich sehr freuen.
Dein/e Tante/Onkel aus Köln, herzlichste Grüße
37
Gruppenkärtchen:
Aufbau 1
Aufbau 2
Abbau 1
Abbau 2
Aufbau 1
Aufbau 2
Abbau 1
Abbau 2
Aufbau 1
Aufbau 2
Abbau 1
Abbau 2
Aufbau 1
Aufbau 2
Abbau 1
Abbau 2
Aufbau 1
Aufbau 2
Abbau 1
Abbau 2
Aufbau 1
Aufbau 2
Abbau 1
Abbau 2
Diese Kärtchen werden ausgedruckt und ausgeschnitten. Da die Gruppengröße vier SuS entspricht,
erhält jede Zeile in diesem Falle eine andere Farbe und die jeweiligen vier Kärtchen werden auf ein
entsprechend größeres Blatt in der entsprechenden Farbe geklebt und einlaminiert.
Mit dieser Einteilung sind die Aufgaben des Materialholens und -abgebens verteilt, sodass nicht alle
SuS der Gruppe und somit der Klasse gleichzeitig im Raum herumlaufen und suchen.
38
Herstellung/Anleitung der Lösungen für die SuS/Lehrperson:
Benedict-Reagenz:
Lösung I:
Nacheinander 173 g Natriumcitrat und 100 g Natriumcarbonat (Xi) in 700 ml destilliertem Wasser
unter Erwärmen lösen.
Lösung II:
17,2 g blaues Kupfer(II)-sulfat (Xn) in 200 ml destilliertem Wasser lösen.
Beide Lösungen unter Rühren zusammengießen und auf 1000 ml auffüllen.
Iod-/Kaliumiodidlösung:
Kaliumiodid und Iod stets im Verhältnis 2:1 gemischt
Dabei geht man so vor, dass man zunächst das Kaliumiodid in wenig Wasser auflöst und anschließend
das Iod hinzugibt und dieses Gemisch so lange rührt, bis sich das gesamte Iod aufgelöst hat.
In diesem Versuch wird eine 2%ige Iod/Kaliumiodid-Lösung verwendet. Zur Herstellung dieser Lösung
werden ein Massenprozent Kaliumiodid und zwei Massenprozent Iod in 94 Massenprozent Wasser
gelöst.
39
AB 1:
40
41
Gefährdungsbeurteilung:
42
7.4.6 (11./12. Stunde)
Folie – Einstieg:
Ich lasse das Edukt Glucose ohne
den Zusatz weiterer Edukte
reagieren – ein daraus entstehendes
Produkt in Kohlenstoffdioxid. Wie
sieht das andere Produkt aus?
Baut mithilfe des Molekülbaukastens
zunächst Glucose nach. Baut daraus
anschließend Kohlenstoffdioxid und
überlegt anhand der übrigen Atome,
wie das zweite Produkt aussehen
könnte.
43
AB 1:
44
AB 2:
45
Gefährdungsbeurteilung:
