Post on 06-Feb-2018
STUDIENSEMINAR FÜR GYMNASIEN HEPPENHEIM
Lehrkraft im Vorbereitungsdienst
Herr
Chemie / Politik&Wirtschaft
2. Hauptsemester
Entwurf zum 3. Unterrichtsbesuch im Fach:
Chemie
Thema der Unterrichtseinheit:
Synthetische Makromoleküle
Thema der Unterrichtstunde:
Synthese von Nylon – eine Polykondensationsreaktion
Ausbildungsschule:
Lerngruppe: Q2-Chemie-LK
Datum: 21.02.14
Zeit: 5. Stunde, 11.35 – 12.20 Uhr
Raum: Chemie
Studienseminarleitung: Herr Dr. Bähr
Schulleiter/in:
Fachleiter/in Hr. Dr. Gräber
Mentor/in:
Schulseminarleiter/in:
I
Inhaltsverzeichnis
1) Bedingungsanalyse...........................................................................................................3
1.1) Organisatorische Voraussetzungen…………………………………………....3
1.2) Beschreibung der Lerngruppe……………………………………………...…3
1.3) Kompetenzorientierte Lernbedingungsanalyse und Förderaspekte..................4
2) Didaktische Entscheidungen
2.1) Sachanalyse.......................................................................................................5
2.2) Einordnung der Stunde in die Unterrichtsreihe und Lehrplanbezug................6
2.3) Alltags-, Schüler- und Gesellschaftsrelevanz…………………………...…….7
2.4) Beabsichtigte(r) Lernzuwachs und Lernergebnisse…………………….…….8
3) Methodik im Einklang mit der Didaktik und in Rücksicht auf die Lerngruppe……….9
4) Geplanter Stundenverlauf...............................................................................................10
5) Sicherheitshinweise.........................................................................................................11
6) Versicherung....................................................................................................................11
7) Anhang............................................................................................................................12
8) Literaturverzeichnis und Internetquellen........................................................................19
II
1) Bedingungsanalyse
1.1) Organisatorische Voraussetzungen und äußere Bedingungen
Der Q2-Chemie-Leistungskurs wird von Herrn M unterrichtet und stellt außerdem das Tutorium für
die Schülerinnen und Schüler dar. Der Kurs wird von 14 Schülerinnen und Schülern besucht1,
davon sind 6 Schülerinnen und 8 Schüler. Der Raum (Ch ) ist mit Whiteboard und interaktivem
Smartboard ausgerüstet, somit steht die optimale mediale Unterstützung für den geplanten
Unterrichtsverlauf zur Verfügung. Es ist ebenfalls ausreichend Platz für den Experimentalunterricht
in Gruppen vorhanden. Die Chemiesammlung befindet sich direkt neben dem Raum Ch und ist von
diesem durch zwei Brandschutztüren relativ leicht zugänglich. Es befinden sich allerdings auch
viele der benötigten Gerätschaften und außerdem einige gängige Chemikalien im Fach-Raum selbst.
1.2) Beschreibung der Lerngruppe
Die Lerngruppe ist in vielen Bereichen als homogen zu beschreiben. In einigen wenigen Bereichen
wird jedoch auch eine gewisse Heterogenität deutlich. So gibt es einerseits mehrere, im mündlichen
Bereich besonders leistungsstarke und regelmäßig aktive Schüler, wie J., S., D., Jo., K. und Y.
Zudem zeigt L. besonders in letzter Zeit konstante Leistungen und beteiligt sich sehr regelmäßig.
Andererseits fallen einige Schüler, wie Th., Ti. S. und I. durch ihre eher zurückhaltenden Art und
Weise hinsichtlich der mündlichen Mitarbeit im Unterricht auf, die z.B. im Falle von I. und T. nicht
mit ihren teils sehr guten schriftlichen Leistungen korreliert. Bei diesen zwei Schülern ist es zudem
so, dass sie bei spontanem Aufruf oftmals gute bis sehr gute Beiträge leisten. T. ist auch ein
ruhigerer aber sicher solider Schüler, der sich vom Leistungsniveau im befriedigenden Bereich
bewegt. Bei S. ergibt sich ein ähnliches Bild, wobei er von der Qualität der Leistungen her öfter im
guten Notenbereich zu verorten ist. Ähnlich sind die Beiträge von N. und M.e einzuordnen, die sich
manchmal im guten und manchmal im befriedigenden Bereich bewegen. Bei beiden ist allerdings
die Eigeninitiative bzw. die eigenständige Beteiligung etwas stärker ausgeprägt. Ch. hingegen
schöpft sein Potential im Moment nicht ganz aus. Bei ihm entsteht der Eindruck, dass er die Inhalte
des Unterrichts nicht ganz so ernst nimmt wie die anderen Kursteilnehmer/innen, die allgemein ein
sehr hohes Interesse an chemischen Sachverhalten zeigen.
Hinsichtlich zurückhaltendem und selbstbewusstem Charaktere lassen sich ebenfalls Unterschiede
innerhalb der Lerngruppe anführen. Hier ist auf der einen Seite vor allem K. zu nennen, der
sicherlich auch qua Amtes als Schulsprecher ein eher selbstbewusstes Auftreten an den Tag legt und
gleichzeitig als sehr kommunikativ und schulpolitisch engagiert charakterisiert werden kann. Auf
der anderen Seite sind einige sehr zurückhaltende Schüler wie T., I. und Se. zu nennen, die durch
ihre sehr ruhige Art wesentlich unauffälliger innerhalb des Kurses agieren. Die anderen Schüler
1 Vgl. Matthes, Wolfgang - Methoden im Unterricht, Schöningh Verlag im Westermann Schulbuch, Mai 2011, S. 178f.3
fügen sich zwischen den beiden skizzierten Charaktertypen ein.
Ein ähnlich ausgeglichenes Bild ergibt sich beim Blick auf das Leistungsniveau des Kurses.
Generell lässt sich dieses als gut beschreiben, wobei es eine relativ breite Spitze gibt, die vom
Leistungsvermögen sicher als sehr gut einzustufen ist. Basierend auf meinen Beobachtungen bis zu
diesem Zeitpunkt lässt sich auch schon sagen, dass alle Schüler der Lerngruppe sowohl in Einzel-
als auch in Partner- und Gruppenarbeitsphasen effektiv (zusammen) arbeiten können.
Zwischen den einzelnen Schülern gibt es jedoch – genau wie beim persönlichen Auftreten innerhalb
des Kurses – in Bezug auf die fachlichen Kompetenzen Unterschiede. Dies spiegelt sich vor allem
in der Relation von Quantität und Qualität der mündlichen Beiträge wider. Das (Ein-)Üben und die
weitere Vertiefung von Fachsprache sowie deren exakte Verwendung stehen deshalb im Fokus der
methodischen und didaktischen Überlegungen in dieser Stunde. Für die kompetenzorientierte
Lernbedingungsanalyse und die entsprechenden Förderaspekte ergibt sich daher aus meiner Sicht
das Folgende.
1.3) Kompetenzorientierte Lernbedingungsanalyse und allgemeine Förderaspekte2
Die allgemeinen Förderaspekte, die in dieser Stunde im Vordergrund stehen, sind zunächst in der
Vertiefung überfachlicher Kompetenzen zu verorten. Die Sozialkompetenz ist in meinen Augen
möglichst umfassend und stufenübergreifend zu fördern, sodass sich bei den Schülern ein Mehr an
Rücksichtnahme und Anerkennung hinsichtlich der Leistungen von allen Mitgliedern der
Lerngruppe erzeugen lässt. Es geht dabei primär um die Anerkennung der Leistungen von Dritten
und die Erkenntnis, dass man selbst vom (Vor-)Wissen anderer profitieren kann, was der
Lerngruppe bereits gut gelingt.
Voraussetzung für diese Erkenntnis ist, dass sich das Arbeiten in Gruppen beziehungsweise im
Team erstens kaum vermeiden lässt (z.B. im späteren Arbeitsleben) und zweitens viele Mehrwerte
schaffen können. Damit einhergehend ist, dass die Schüler über eine gewisse Selbstregulierung,
Rücksichtnahme und eine ausgeprägt soziale Wahrnehmungsfähigkeit verfügen. Das Mittel der
Wahl zur Vertiefung dieser – in der Lerngruppe bereits ausgeprägten – Kompetenzen ist eindeutig
die Kommunikation bzw. die Kommunikationsstruktur. In diesem Punkt schließt sich zum ersten
Mal direkt die Frage an, was die konkrete Gestaltung des Stundenverlaufs für die Lerngruppe zu
leisten vermag?
Die angesprochene Kommunikationsstruktur – die Schüler sollen im Unterrichtsgespräch
miteinander kommunizieren – spielt in diesem Zusammenhang eine ganz zentrale Rolle. Wobei
einige wichtige Schritte auf dem Weg zu diesem Ziel den Schülern bereits gelingen. So die
2 Kirsch, Wolfgang et al.: Chemie- Prüfungs- und Basiswissen der Oberstufe, Tandem Verlag Königswinter, S. 1784
versuchen sie beispielsweise im Unterrichtsgespräch auf die Argumente, Ideen und Annahmen des
jeweiligen Vorredners einzugehen sowie Tipps oder Vorschläge durch den Lehrer mit in ihre
Aussagen einzubinden. Das wiederum lässt auf eine ausgeprägte Kommunikationskompetenz
schließen. Da die Lerngruppe diese Voraussetzungen zu großen Teilen schon mitbringt, wird – zu
ihrer Vertiefung – im Unterricht über die Anwendung der Redekette hinaus mit dem
Experimentieren in Gruppen in Kombination mit der TSS-Methode und der TPS-Methode auf
kommunikative Problemlösungsstrategien gesetzt.
Die vorgeschlagene – und im Verlauf dieses UB-Entwurfs beschriebene und begründete – Art und
Weise des Experimentierens und des Arbeitens in (Klein-)Gruppen3 sehe ich zudem als eine
spezifische Fördermaßnahme in den Bereichen der Selbstregulierung, der Rücksichtnahme und
der sozialen Wahrnehmungsfähigkeit an. So dürfte sich das Gruppengefüge noch weiter stärken
lassen. Damit ist während der einzelnen Unterrichtsphasen einhergehend, dass möglichst viele der
Schüler den Lernprozess und das Arbeitsergebnis gemeinsam mitgestalten.
2) Didaktische Entscheidungen
2.1) Sachanalyse
Bereits 1934 entwickelt der amerikanische Chemiker Carothers ein Syntheseverfahren für Nylon.
Dabei reagieren Moleküle mit jeweils zwei Amino-Gruppen (-NH2) und Moleküle mit jeweils zwei
Carboxyl-Gruppen (-COOH) unter Freisetzung von Wasser zu einem Polyamid (Nylon). Im Jahr
1940 kamen in den USA dann die ersten Nylonstrümpfe auf den Markt. Innerhalb weniger Stunden
wurden 5 Millionen Paare verkauft, obwohl sie doppelt so teuer waren wie Seidenstrümpfe. Nylon
war die erste vollsynthetische Faser4.
Bei der Polykondensation geht man von Monomeren mit zwei funktionellen Gruppen aus (z.B
Hydroxyl-, Carbonyl-, Carboxyl- oder Amino- Gruppen). Die Verknüpfung erfolgt jeweils aus zwei
Monomeren unter Abspaltung kleiner Moleküle wie z.B. Wasser, Halogenwasserstoff, Alkohol oder
Ammoniak. Die Polykondensation von bifunktionellen Menomeren führt zu linearen
Makromolekülen. Nylon entsteht aus 1,6-Diaminohexan (Hexamethylendiamin) und Hexan-1,6-
disäure (Adipinsäure) oder auch – wie in dem im Unterricht gezeigten Versuch – dem
reaktionsfreudigeren Hexandisäuredichlorid (Adipinsäuredichlorid). Es besteht aus zwei Monomer-
Bausteinen, die jeweils 6 Kohlenstoffatome besitzen und trägt deshalb auch die Bezeichnung 6,6-
Nylon.
3 Hessischer Lehrplan für das Fach Chemie (Aufgabengebiet III)
4 Die Einordnung der Lernergebnisse erfolgt nach: Hessischen Kultusministerium, Bildungsstandards und Kompetenzfelder – Das neue Kerncurriculum für Hessen, Sekundarstufe I - Gymnasium - Chemie, Wiesbaden, 2011.
5
In Polyamiden liegen Amid-Bindungen (-NH-CO-) vor. Sie bilden sich aus Diaminen und
Dicarbonsäuren. Wegen ihrer relativ hohen Zugfestigkeit werden Verbindungen wie Nylon z.B. zur
Herstellung von (Textil-)Fasern, Getriebeteilen, Schiffsschrauben oder Knochenprothesen
verwendet5. Außerdem besteht eine chemische Verwandtschaft zu den Proteinen, deren Monomer-
Bausteine, die Aminosäuren, auch durch Amid-Bindungen, den sogenannten Peptid-Bindungen,
verknüpft sind6 (Achtung: Die Besonderheit bei den Aminosäuren ist jedoch, dass sie jeweils eine
Amino- und eine Carboxyl-Gruppe besitzen, über die sie sich mit der entsprechenden Amino- oder
Carboxyl-Gruppe der nächsten Aminosäure verknüpfen).
Bei der gezeigten Nylon-Synthese verbinden sich zu Beginn der Reaktion jeweils ein
Hexamethylendiamin über eine Amino-Gruppe (-NH2) und eine Carbonsäurchlorid-Gruppe (-COCl)
unter Freisetzung eines Wasser-Moleküls. Erst dann ist ein Molekül entstanden, dass an seinen
Enden jeweils eine nucleophile Amino-Gruppe und eine elektrophile Carbonsäurechlorid-Gruppe
besitzt (ganz ähnlich zu den Aminosäuren). Jetzt kann die Polykondensations-Reaktion an beiden
Enden des enstandenen bifunktionellen Moleküls starten. Die Polykondensation (Mechanismus:
siehe Anhang) läuft solange das Nebenprodukt der Reaktion (Chlorwasserstoff) abgeführt wird. Da
der Nylon-Faden aus einer wässrigen Phase gezogen wird (Durchführung: siehe Anhang), kann
davon ausgegangen werden, dass sich der Großteil des entstandenen Chlorwasserstoffs in Wasser
löst. Mit einem Stück pH-Papier kann während und nach dem Versuch außerdem direkt über den
beiden flüssigen Phasen der stark saure Chlorwasserstoff nachgewiesen werden.
2.2) Einordnung der Stunde in die Unterrichtsreihe und Lehrplanbezug7
Das Thema der gezeigten Stunde knüpft an dem Vorwissen der Schüler aus dem Themenblock
Kohlenwasserstoffverbindungen und funktionelle Gruppen (Q1 LK Chemie der
Kohlenwasserstoffverbindungen I) an. Dort geht es bereits um die Erweiterung der bisherigen
Kenntnisse zur Kohlenwasserstoffchemie aus der Einführungsphase (E2 Einführung in die Chemie
der Kohlenwasserstoffverbindungen). Es werden zunächst Kohlenwasserstoffverbindungen mit
weiteren funktionellen Gruppen (aktuell: Adipinsäuredichlorid als Carbonsäurechlorid und 1,6-
Diaminohexan als aliphatisches Amin) kennen gelernt und näher untersucht. Die Leitlinien
„Korrelation zwischen Struktur und Eigenschaft“ sowie „Reaktionstypen und
Reaktionsmechanismen“ sind bereits in dieser Phase übergeordnet. Diese Leitlinien gelten ebenso
für die Behandlung technisch (aktuell: Nylon als technisch verwertbarer, thermoplastischer
Kunststoff) und biologisch (aktuell: Verwandtschaft des synthetischen Polyamids Nylon zu der 5 Vgl. Pfeifer, Peter u.a.: Konkrete Fachdidaktik – Chemie, Oldenbourg Verlag, München 2002, S.203 ff.6 Pfeifer, Peter u.a.: Konkrete Fachdidaktik – Chemie, Oldenbourg Verlag, München 2002
7 Kirsch, Wolfgang et al.: Chemie- Prüfungs- und Basiswissen der Oberstufe, Tandem Verlag Königswinter, S. 1786
chemisch verwandten Stoffklasse der natürlichen Polyamide Proteine und Peptide) wichtiger
Kohlenwasserstoffverbindungen (Q2 LK Chemie der Kohlenwasserstoffverbindungen II: Technisch
und biologisch wichtige Kohlenwasserstoffverbindungen). Die Vielzahl der Reaktionen wird auch
hier nach Reaktionstypen (aktuell: Polykondensations-Reaktion) eingeteilt und an ausgewählten
Beispielen (aktuell: Nylon) wird ihr Reaktionsmechanismus (aktuell: zunächst eine Protonierung,
dann ein nucleophiler Angriff eines Electrophils und schließlich wird über den Ladungsausgleich
ein Nebenprodukt frei wie z. B. Wasser oder Chlorwasserstoff) formuliert. Offensichtlich wird die
Einordnung des Themas der Stunde in den Lehrplan außerdem beim Blick auf den Themenblock
„Synthetische Makromoleküle“ in Q2, da dort die Reaktionstypen zur Verknüpfung von
Monomeren zu Makromolekülen (Polymerisation, Polykondensation, Polyaddition) und deren
mechanistischer Ablauf explizit und verpflichtend verankert sind.
Stunde Thema1+2 Polystyrol (Anschluss an Aromaten) Bsp. aus dem Alltag: „PS-Bombe“3+4 Übungen zur radikalischen Addition PE, PP5+6 Duroplasten, Thermoplasten, Elastomere
Internet-Rechercheauftrag: Was gibt es überhaupt?7+8 Struktur-Eigenschafts-Beziehungen: Duroplasten, Thermoplasten, Elastomere 9+10 Vorbereitungen „Tag der offenen Tür“11+12 Plastik-Proben (thermisches Verhalten), Weichmacher etc.13+14 Polyurethane (Polyadditions-Reaktion) am Beispiel eines PU-Schaums15+16 Polyamide (Polykondensations-Reaktion) am Beispiel von Nylon
2.3) Alltags- Schüler- und Gesellschaftsrelevanz
Die umfassende Bedeutung der Kohlenwasserstoffverbindungen (aktuell: mit funktionellen
Gruppen) bei der chemischen Produktion sowie die vielfältige Verwendung dieser Stoffe in einer
modernen Industrienation machten es notwendig, die Schülerinnen und Schüler mit diesen
Stoffklassen vertraut zu machen8. So steht es im hessischen Lehrplan für Chemie formuliert. Das
ausgewählte Stundenthema vermag allerdings nicht nur das zu zeigen, sondern bietet die Chance
sowohl den Aufbau von Makromolekülen als auch die Klassifizierung von Kunststoffen beispielhaft
und experimentell zu ermöglichen.
Es lassen sich zudem die Bereiche „Korrelation Struktur und Eigenschaft“ sowie „Reaktionstypen
und Reaktionsmechanismen“ als übergeordnete Leitlinien der Unterrichtseinheit am konkreten
Beispiel erfahrbar machen und über die sehr anschauliche Durchführung des Versuchs bei den
Schülern verankern. Dies ist hinsichtlich ihrer späteren ausbildungstechnischen oder universitären
Laufbahn von Vorteil und soll das Interesse für naturwissenschaftliche Qualifikationen möglichst
hoch halten.
8 Hessischer Lehrplan für das Fach Chemie (Aufgabengebiet III)
7
Außerdem ermöglicht die historische Betrachtung der Entwicklungen um das wohl prominenteste
Nylon-Beispiel (Nylon-Strumpfhose) eine Verknüpfung von wirtschaftlichen Faktoren (Angebots
und Nachfrage- Orientierung nach dem ökonomischen Prinzip) und technischem Fortschritt (in der
chemischen Industrie). Ein Blick auf die in den Unterricht mitgebrachten Nylon-Produkte aus der
Textilindustrie (z.B. Sportbekleidung) verdeutlicht zudem, dass auch die Schüler mit Nylon im
Alltag direkt in „Berührung“ kommen.
2.4) Beabsichtigte(r) Lernzuwachs und Lernergebnisse9
Didaktisches Zentrum
Die Schüler planen, führen und werten die Synthese eines häufig verwendeten Kunststoffs
selbstständig in Gruppen durch bzw. aus (Minimalziel) und verknüpfen ihr Vorwissen hinsichtlich
der Struktur-Eigenschafts-Beziehungen von Thermoplasten mit dem hergestellten Produkt
(Maximalziel).
Kompetenzorientierte Lernziele
Kompetenzbereich Nutzung fachlicher Konzepte:Die Schüler erweitern ihr Fachwissen und die Nutzung fachlicher Konzepte, indem sie: konzeptionelle und fachspezifische Kenntnisse zur Lösung der Aufgaben und Probleme nutzen, F3.1. aus Kontexten bzw. Texten erworbenes Wissen in neuen Kontexten anwenden, F3.2.
Kompetenzbereich Erkenntnisgewinnung Die Schüler erweitern ihre Erkenntnisgewinnung, indem sie: Phänomene bzw. Vorgänge im Versuch beobachten und beschreiben, E1.1. Fragestellungen entwickeln und diese durch das Experiment verifizieren bzw. falsifizieren, E2.1. Sicherheitsaspekte und Tipps durch den Lehrer beim Experimentieren beachten. E2.5.
Kompetenzbereich Kommunikation Die Schüler erweitern ihre Kommunikationskenntnisse, indem sie: fachlich korrekt kommunizieren und argumentieren, K2.1. Daten und Ergebnisse adressatengerecht mit angemessenem Medieneinsatz präsentieren, K3.2. Sachverhalte und Daten mit angemessenen Gestaltungsmitteln unter Verwendung der Fach- und
Symbolsprache beschreiben und erklären, K4.2.
Kompetenzbereich BewertungDie Schüler erweitern ihre Bewertungskompetenz, indem sie: die Bedeutung von naturwissenschaftl. Kenntnissen für Anwendungsbereiche&Berufsfelder
kennenlernen und an einem Beispiel verinnerlichen, B1.2.
3) Methodik im Einklang mit der Didaktik und in Rücksicht auf die Lerngruppe
Im geplanten experimentellen Lernen wird – vom Erwecken der Neugierde bis hin zum Finden
einer gemeinsamen Problemlösung – die fachliche Erkenntnisgewinnung in Verbindung mit den 9 Die Einordnung der Lernergebnisse erfolgt nach: Hessischen Kultusministerium, Bildungsstandards und
Kompetenzfelder – Das neue Kerncurriculum für Hessen, Sekundarstufe I - Gymnasium - Chemie, Wiesbaden, 2011.
8
überfachlichen Kompetenzen ermöglicht. Die (Makro-)Methode „Experiment“10 vereint in diesem
Zusammenhang die wichtigsten Aspekte naturwissenschaftlicher Erkenntnisgewinnung, weil sie im
experimentellen Unterricht mehrere zentrale Phasen verknüpft (1: Man sieht etwas. (Konfrontation
mit einem Phänomen), 2: Man vermutet, was sich dahinter verbirgt. (Phase der
Hypothesenbildung), 3: Man will herausfinden, wie etwas wirklich ist. (Planung des
Versuchsaufbaus), 4: Man macht die Probe. (Durchführung von Schülerexperimenten), 5: Man
findet die Lösung und bestätigt oder verwirft die Vermutungen (Ergebnispräsentation, Erklärung der
Zusammenhänge).
Die Erweiterung der Kommunikationskompetenz – die Schüler sollen im Unterrichtsgespräch
miteinander kommunizieren – spielt in diesem Zusammenhang eine ganz zentrale Rolle und lässt
sich während und zwischen den einzelnen Phasen einbauen. Denn Kommunikation stellt an den
wichtigen Gelenkstellen des Unterrichts immer wieder das Mittel der Wahl zur Problemlösung dar.
Diese rein methodische Vorgehensweise ist eingebettet in eine exakte Gliederung, die dem
forschend-entwickelnden Unterrichtsverfahren11 zugrunde liegt. Dort sind vergleichbare Denkstufen
aneinandergereiht und ebenfalls über kommunikative Austauschmöglichkeiten verknüpft: 1:
Problemgewinnung, 2: Überlegungen zur Problemlösung, 3: Durchführung eines
Problemlösevorschlags, 4: Abstraktion der gewonnen Erkenntnisse, 5: Wissenssicherung. Die
Methode und das Unterrichtsverfahren kombinieren so die Gedankenführung eines
Problemlösevorgangs. Dazu bietet sich die Think-Pair-Share-Methode an. Die Sammlung der
Hypothesen in der Share-Phase findet zunächst unkommentiert statt. (Der Lehrer nimmt eine
externe Position ein und überlässt den Schülern die Hypothesenbildung per Redekette in der Share-
Phase, die Schüler sollen bereits zuvor in der Pair-Phase miteinander kommunizieren).
Bei der konkreten Durchführung des Schülerexperiments in der Sozialform der Gruppenarbeit ist es
wichtig, dass alle Gruppenmitglieder eine aktive Rolle einnehmen und so gemeinsam zur
Problemlösung beitragen. Dies lässt sich in dieser Lerngruppe schon allein durch die Anzahl der
Gruppenmitglieder von maximal 4 Personen bewerkstelligen. Die TPS-Methode und ihr
Abwandlung die TSS-Methode sind als Kombination der Sozialformen EA, PA und GA in einer
bestimmten, festgelegten Reihenfolge anzusehen und ergänzen die (Makro-)Methode „Experiment“
an wichtigen Gelenkstellen der Stunde durch ihren kommunikativen Charakter in der Pair- bzw.
Square- und der Share-Phase sinnvoll. Hier könnte sich durch Verzicht auf Denk- und
Austauschphasen Probleme ergeben, Fehlvorstellungen12 der Schüler zu diagnostizieren, um sie
dann besprechen und beheben zu können. 10 Vgl. Pfeifer, Peter u.a.: Konkrete Fachdidaktik – Chemie, Oldenbourg Verlag, München 2002, S.203 ff.11 Pfeifer, Peter u.a.: Konkrete Fachdidaktik – Chemie, Oldenbourg Verlag, München 2002
12 Kirsch, Wolfgang et al.: Chemie- Prüfungs- und Basiswissen der Oberstufe, Tandem Verlag Königswinter, S. 1789
4) Geplanter Stundenverlauf
Phase Inhalt Methode / Sozialform Medien / Material
Einstieg Folie zu Wallace Hume Carothers als „history-lift“13 (historischer Zugang) und Textil-Produkte aus Nylon (Alltagsbezug)
Hypothesen-Bildung
Intention: Motivation
LSG
EA
Smartboard PPT-Folie bzw. Word-Dokument
Arbeitsblatt
Erarbeitung I Entwurf eines Versuchsaufbaus zur Überprüfung der Annahmen Durchführung des Experiments „Nylon-Faden“
Experiment nachMattes (Verantwortung für das Gruppenergebnis und Selbstständigkeit bzw. Teamfähigkeit)
Smartboard (PPT-Folie)Chemikalien und Geräte
Sicherung I Beobachtungen des Exp.formulieren und visualisieren
Plenum: Ergänzungen durch SuS anderer Gruppen
Smartboard
Erarbeitung IINachbesprechen!! Texthilfen
Deutung bzw. Erklärung der Beobachtungen mit Hilfe des Auswertungs-Tools (Mechanismen-Puzzle)
TS(S): in den ExperimentalgruppenFestigung von Fachsprache
Auswertungs-Tool:Mechanismen-Puzzle mit differenziertem Niveau (Hilfe-Kärtchen)Für die Schnellen, die ohne Hilfekärtchen arbeiten, gibt es die zuzuordnenden Fachbegriffe für den Mechanismus in chaotischer Anordnung
Sicherung II Das gemeinsame Lernprodukt (Versuchsprotokoll) wird vom Versuchsaufbau und der Durchführung hin zur mechanistischen Erklärung vervollständigt
(TS)S: Präsentation der Gruppenergebnisse unter Berücksichtigung der unterschiedlichen Anforderungsniveaus
Smartboard(interaktiv)
Minimalziel
Sicherung III bzw.Hausaufgabe
Übung bzw. Vertiefung oder HA zur Verwendung von Fachsprache AB: Polyamid (Nylon) und Polykondensation in Form eines Lückentextes, falls das Puzzle sehr schnell gelöst werden sollte
Weitere Übung unter Verwendung von Fachsprache (neu: in englisch)Zur Vorbereitung auf das Studium und das Arbeiten mit Fachartikeln
Optionaler Arbeitsauftrag:AB zu Polyamid (Nylon) und Polykondensation
Archivierung:Smartboard und IL im Kursordner (PPT-Folie)
Maximalziel
5) Sicherheitshinweise
Chemikalie R-Sätze S-Sätze Gefahrensymbol
Adipinsäuredichlorid 14-34 8-20-23-26-30-36/37/39-45-60 C
13 Hessischer Lehrplan für das Fach Chemie (Aufgabengebiet III)
10
1,6-Diaminohexan 21/22-34-37 (1/2)-22-26-36/37/39-45 C
Heptan 11‐38‐65‐67‐50/53 (2)‐9‐16‐29‐33‐60‐61‐62 F, N, Xn
6) Versicherung (HessGiss)
Bei der Planung und Durchführung des Unterrichts habe ich die geltenden Richtlinien „2.
Abschnitt“ gemäß Amtsblatt 12/2013 hier: „Verordnung über die Aufsicht über Schülerinnen und
Schüler (Aufsichtsverordnung – AufsVO vom 11. Dezember 2013“ sowie die dort in §13 Abs. 1
genannte Richtlinie zur Sicherheit im Unterricht (RISU, Teil 1) beachtet.
________________________ __________________________ Ort, Datum Unterschrift
7) Anhang
11
Sitzplan (mit Kommentar): Normalerweise findet der Kurs in einem eher länglichen Raum mit maximal 4 SuS in einer Reihe
(Ch3) statt, da er aus relativ wenigen Schüler/innen besteht. Die Unterrichtsstunde wird allerdings –
auch aus Platzgründen während der Experimental-Phase – in einem größeren Fachraum (Ch1)
stattfinden. Hier können die Kursteilnehmer/innen auch in den ersten beiden Reihen gemeinsam
Platz finden. Zudem wechselt die Sitzordnung im Raum Ch3 von Zeit zu Zeit, sodass alle SuS im
Unterricht abwechselnd „hinten und vorne“ sitzen dürfen.
(Kommentare zum Sitzplan und zur Beteiligung der Schüler: siehe Bedingungsanalyse)
Q2-Chemie-LK 21.02.1412
S J M
S L D
T K T
I J
Ch
J
Bereits 1934 entwickelte der amerikanische Chemiker Carothers ein Syntheseverfahren für einen
berühmten Kunststoff (vollsynthetische Faser). Dabei ließ er Moleküle mit jeweils zwei Amino-
Gruppen (-NH2) in wässriger Phase und Moleküle mit jeweils zwei Carboxyl-Gruppen (-COOH) in
organischer Phase gemeinsam in einem Becherglas unter Freisetzung von Wasser reagieren.
Im Jahr 1940 kam in den USA dann das erste Produkt aus der vollsynthetischen Faser auf den
Markt. Innerhalb weniger Stunden wurden 5 Millionen Stück verkauft, obwohl das Produkt
zunächst doppelt so teuer war wie das Konkurrenzprodukt aus Seide.
Arbeitsauftrag:
Entwickeln Sie mit Hilfe der vorgegebenen Geräte und Chemikalien (siehe: PPT-Folie) ein Versuchsaufbau, mit dem sich das Experiment des Chemikers Carothers zur Synthese eines bekannten Kunststoffes durchführen lässt.
Quellen:http://www.deutsches-kunststoff-museum.de/typo3temp/pics/5514dfb168.jpghttp://www2.dupont.com/Phoenix_Heritage/en_US/assets/images/details/1930_JulianHill_Detail_Vertical_630x825.jpg
Entwurf des Versuchsaufbaus mit Hilfe der folgenden Chemikalien und Geräte:
13
Dieses Bild zeigt Wallace Hume Carothers bei der Durchführung seines Experiments zur Synthese von __________ (der sogenannten „Carothers Seide“) in den Forschungseinrichtungen des amerika-nischen Chemie-Konzerns DuPont in Wilmington (Spitzname laut Wikipedia: Chemical Capital of the World) im Bundesstaat Delaware.
Das Reaktionsprodukt der Synthese unterschied sich in einigen wichtigen Eigenschaften (z.B. reißfester, leicht färbbar, elastischer) von den bis dato im Einzelhandel erhältlichen Produkten aus natürlichen Fasern.Aufgrund der genannten Eigenschaften findet die synthetische Faser auch heute noch ihre größte Verwendung in der Textilindustrie.
Versuchsdurchführung mit hilfreichen Tipps durch den Lehrer („Trockenübung“)
Mechanismus-Puzzle (Polykondensation) mit der Freeware „Chem-Sketch“ erstellt:
14
15
Adipinsäuredichlorid
In wässri
1,6-Diaminohexan
Nachweis von
_
16
Fachsprache bzw. Begriffe, die bei der Erklärung des Mechanismus eigenständig gefunden und
zugeordnet werden sollen. Als Hilfe kann an dieser Stelle mit Hilfe-Kärtchen gearbeitet werden,
welche die folgenden Begriffe entweder in einer ersten Niveau-Stufe (chaotisch angeorndet) oder in
einer zweiten und einer dritten Niveau-Stufe (der Reihenfolge passend zum Mechanismus
angeorndet) vorgeben.
Stufe 1 (Chaos):
Carbo-Kation
Deprotonierung und Bildung eines Amids
Kettenwachstum (Polyamid)
Ladungsausgleich
Nucleophiler Angriff
Protonierung
Stufe 2 (Ordnung):
1: Protonierung
2: Carbo-Kation
3: Nucleophiler Angriff
4: Ladungsausgleich
5: Deprotonierung und Bildung eines Amids
6: Kettenwachstum (Polyamid)
Stufe 3 (Ordnung und Zusatzinformation):
17
1: Protonierung des Carbonsäurechlorids am Sauerstoff
2: Bildung eines Carbo-Kations durch Ladungsverschiebung
3: Nucleophiler Angriff des Nucleophils (1,6-Diaminohexan) am Elektrophil
4: Ladungsausgleich unter Freisetzung eines niedermolekularen Moleküls
5: Deprotonierung und Bildung eines Moleküls mit einer Amid-Bindung (-NH-CO-)
6: Kettenwachstum (Verknüpfung der Monomere über Amid-Bindungen zu einem Polyamid)
Optionale Aufgabe (Maximalziel) als Übung und Vertiefung bzw. Hausaufgabe:
You may have carried out the _____________ in a practical class. The diacid chloride of
___________ is dissolved in a layer of a light orgnic solvent such as ________ and a heavier layer
of aqueous hexane-diamine is carefully placed ________. With a__________________ you can
pick up the film of polymer that forms at the interface and draw it out to form a _______. That
reaction is a simple ____________.
After the first amide is formed, one end oft he molecule is ____________ and the other
____________ so that it can grow at both ends. The product is called nylon 6.6 and is a so called
condensation-polymer. Condensation-polymers are any kind of polymers formed through a
condensation reaction – where molecules ____________ – losing small molecules as
_____________such as water, _______________ or methanol.
Arbeitsauftrag: Ergänzen Sie die fehlenden Begriffe in dem vorliegenden Text aus dem Buch „Oragnic Chemistry“ (Clayden-Warren) zur Synthese von Nylon 6.6!
(Hilfe: Die folgenden Begriffe fehlen in den Lücken: adipic acid, amide formation, by-products, electrophilic, fibre, heptane, hyrogen chloride, join together, nucleophilic, nylon rope trick, on top, pair of tweezers)
18
Literaturverzeichnis
Asselborn, Wolfgang et al.: Chemie heute – Sek Schroedel-Verlag, Braunschweig 2007
Barke, Hans-Dieter: Chemiedidaktik – Diagnose und Korrektur von Schülervorstellungen, Springer
Verlag, Heidelberg 2006
Dr. Bitter, Thomas et al.: Elemente Chemie 2, Ernst Klett Verlag GmbH, Stuttgart 2010
Clayden, Jonathan et al.: Organic Chemistry, Oxford University Press, Oxford 2008
Matthes, Wolfgang - Methoden im Unterricht, Schöningh Verlag im Westermann Schulbuch, Mai
2011
Kirsch, Wolfgang et al.: Chemie- Prüfungs- und Basiswissen der Oberstufe, Tandem Verlag
Königswinter
Pfeifer, Peter u.a.: Konkrete Fachdidaktik – Chemie, Oldenbourg Verlag, München 2002
Internetquellen
Hessischer Lehrplan für das Fach Chemie (Aufgabengebiet III):
http://verwaltung.hessen.de/irj/HKM_Internet?cid=ac9f301df54d1fbfab83dd3a6449af60
Bildungsstandards und Inhaltsfelder Chemie – Das neue Kerncurriculum für Hessen – Sek. I
http://verwaltung.hessen.de/irj/servlet/prt/portal/prtroot/slimp.CMReader/HKM_15/
HKM_Internet/med/a33/a3335d0c-f86a-821f-012f-31e2389e4818,22222222-2222-2222-2222-
222222222222
Operatoren des Fachbereichs III:
http://verwaltung.hessen.de/irj/servlet/prt/portal/prtroot/slimp.CMReader/HKM_15/
HKM_Internet/med/47a/47a60044-ff6a-da01-be59-2697ccf4e69f,22222222-2222-2222-2222-
222222222222
19
Leitfaden Chemie Orientierung zum Kerncurriculum Sek I:
http://qualitaetsentwicklung.lsa.hessen.de/irj/servlet/prt/portal/prtroot/slimp.CMReader/HKM_15/
IQ_Internet/med/f0e/f0e7024c-dcad-c531-db63-772b417c0cf4,22222222-2222-2222-2222-
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Versicherung (HessGiss):
Verordnung über die Aufsicht über Schülerinnen und Schüler (Aufsichtsverordnung –
AufsVO vom 11. Dezember 2013 (Amtsblatt des Hessischen Kultusministeriums 12/2013)
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