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mb33

Didaktik der Chemie / Universität Bayreuth

Stand: 24.02.15


33 Stationenlernen zur Stofferkennung mit den Sinnen


Für die Durchführung des Stationenlernens sind keine chemischen Grundkenntnisse erforderlich. Vorab hat jedoch eine Sicherheitsunterweisung durch den Lehrer zu erfolgen. Dabei sind die Schüler darauf hinzuweisen, dass Geschmacksproben nur genommen werden dürfen, wenn es ausdrücklich erlaubt wird. Außerdem muss ihnen das chemische Riechen gezeigt werden. Gegebenenfalls muss zusätzlich der Umgang mit der Reibschale und dem Pistill erläutert werden. An dieser Stelle besteht auch die Möglichkeit, einen Chemiker-Experimentierpass einzuführen (siehe auch Ausführungen unter mb32).

Ziel des vorgestellten Stationenlernens ist es, dass die Schüler die zur Stofferkennung nutzbaren Sinne nennen und spezielle Probleme und Gefahren bei der Durchführung beschreiben können. Dazu müssen alle Stationen bearbeitet werden. Außerdem sollen sie lernen, eine Experimentieranleitung umzusetzen. Die ungefährlichen und einfachen Versuche verfolgen auch die Intension, ängstliche Schüler zu aktivieren [9].

Die Versuche werden in Gruppen durchgeführt. Das Stationenlernen wurde für eine Notebook-Klasse konzipiert, in der jede Gruppe einen eigenen Laptop zur Verfügung hat. Die Schüler sollen die Stationen selbstständig bearbeiten, die Ergebnisse in die jeweiligen Dateien eingetragen und diese unter einem eigenen Namen abspeichern. Dazu bekommen sie zunächst eine Zeitvorgabe von jeweils fünf Minuten ab Arbeitsbeginn. Ein Timer informiert die Schüler über die Zeit. Die Zeiteinstellung kann bei Bedarf problemlos verändert werden. Damit die Schüler nicht unter zu großen Zeitdruck geraten und in Folge dessen die Qualität ihrer Arbeit leidet, ist der Hinweis seitens der Lehrperson wichtig, dass die Ergebnisse abschließend gemeinsam besprochen, sowie bei Bedarf verbessert und ergänzt werden. Für schnellere Schüler sollten Zusatzaufgaben zur Verfügung gestellt werden. Nach Ablauf der Zeit erteilt die Lehrkraft die Anweisung, die Stationen zu wechseln. So kann sie gegebenenfalls auf zusätzlichen Zeitbedarf eingehen. Zur Besprechung darf jede Gruppe die jeweils zuletzt bearbeitete Station mit Hilfe ihrer Datei an der interaktiven Tafel präsentieren. Die Ergebnisse werden gemeinsam besprochen und bei Bedarf verbessert, wobei der Lehrer als Moderator im Hintergrund bleiben sollte.


Abb. 1:
Übersicht über die Stationen [3]

In den Dateien finden die Schüler unterschiedliche Verknüpfungen: Die grünen Felder stellen Verknüpfungen innerhalb einer Datei dar. Graue Felder mit den Symbolen der einzelnen Stationen und dem Zusatz „Start“ führen zu den Dateien mit den anderen Stationen.

Vor dem Beginn der Untersuchungen sollte unbedingt abgeklärt werden, ob seitens der Schüler Unverträglichkeiten, Allergien oder andere Erkrankungen, wie zum Beispiel Diabetes mellitus, bestehen.

Die erste und zweite Station behandeln das unterschiedliche Aussehen von Stoffen. Dabei geht es zunächst um unterschiedliche Farben und Formen. Der metallische Glanz als besonderes Merkmal der Metalle kann bei deren späteren Behandlung erneut aufgegriffen werden. Daher werden mit Kupfer und Aluminium zwei unterschiedlich gefärbte Metalle als Bleche, Folien oder Blöcke präsentiert. Durch den Vergleich zwischen Kupfer und Kupfersulfat sollen Schüler beobachten, dass Verbindungen eine andere Farbe haben können, als das entsprechende Element. Damit die Schüler erkennen, dass es sich bei Kupfersulfat um Kristalle handelt, sollte ein größerer Kristall enthalten sein. Um deutlich zu machen, dass die Farbe eines Stoffes einen Hinweis auf seine Identität geben kann, wird als weiterer markant gefärbter Stoff der gelbe Schwefel ausgewählt. Anhand des Vergleichs zwischen Salz und Zucker sollen die Schüler dahingehend sensibilisiert werden, dass es Stoffe gibt, die anhand ihres makroskopischen Aussehens nur schwer unterschieden werden können. Wahrscheinlich werden die Schüler den Kochsalz- und Zuckerkristallen eine weiße Farbe zuordnen. Daher empfiehlt es sich, zusätzlich größere Kristalle zu präsentieren, die die Schüler als Kristalle und als farblos identifizieren können. [nach 9, verändert]

Bei der Zerkleinerung des braunen Kandiszucker wird den Schülern in der zweiten Station vor Augen geführt, dass ein und derselbe Stoff auch unterschiedliche Farben haben kann und damit die Farbe auch deshalb kein sicheres Identifizierungsmerkmal darstellt. [10]

An der dritten Station sollen die Schüler verschiedene Stoffe mit Hilfe ihres Geruchssinnes identifizieren. Anhand des Menthols lernen die Schüler einen, zumindest auf den ersten Blick, eindeutig identifizierbaren Stoff kennen. Bei der Zuordnung der Namen erkennen sie aber, dass es sich nicht um Pfefferminze handeln kann. Dies offeriert die Gelegenheit, den Schülern den Unterschied zwischen Reinstoff und Gemisch zu verdeutlichen. Nelkenpulver und Zimtpulver sind für viele Schüler relativ schwer unterscheidbar und zeigen wiederum Grenzen dieser Methode auf. Um intensive Gerüche zu ermöglichen, werden feine Pulver mit großer Oberfläche verwendet. Zucker ist über den Geruch überhaupt nicht erkennbar. Essig und Ammoniumhydrogencarbonat sind Stoffe, deren Gerüche normalerweise als unangenehm empfunden werden und die so für das chemische Riechen sensibilisieren sollen. [nach 9, 10, 11, verändert] Der Umgang mit Ammoniumhydrogencarbonat beinhaltet wesentlich weniger Risiken als der mit Ammoniak, der Stoff weist aber den gleichen stechenden Geruch auf. Um die Wichtigkeit des chemischen Riechens hervorzuheben, sollen die Schüler abschließend dessen Notwendigkeit begründen.

An der folgenden Station 4 sollen die Schüler unterschiedliche Stoffe ertasten. In Säckchen werden ihnen Kugeln aus unterschiedlichen Materialien dargeboten. Damit soll verhindert werden, dass die Form Rückschlüsse auf das Material zulässt. Metallkugeln fühlen sich kalt an. Dies kann auf die hohe Wärmeleitfähigkeit von Metallen zurückgeführt und bei deren Besprechung wiederholt werden. Die Kugeln aus Gummi, Styropor, Wachs und Holz zeigen die Vielfalt in der organischen Chemie und können dort wieder aufgegriffen werden. Außerdem fühlen sich die Wachs- und Gummikugeln ähnlich an und sensibilisieren im Hinblick auf Verwechslungsgefahren. Insgesamt wird in dieser Station deutlich, dass die Identifizierung über den Tastsinn extrem schwierig ist. [nach 9, 11, verändert]

In der fünften und letzten Station werden den Schülern mit Zucker und Kochsalz zunächst Stoffe angeboten, die, zumindest aus Sicht der Schüler, eindeutig anhand des Geschmacks zu identifizieren sind. Der Geschmack einer Mischung aus Kochsalz und Zucker im Verhältnis 1:3 ist nicht mehr klar benennbar und weist auf ein erstes Problem bei der Identifizierung von Stoffen mit Hilfe dieses Sinnes hin. Der bittere Geschmack wird den Schülern mit Hilfe von Bitterschokolade demonstriert. Auf den sauren Geschmack der Zitronensäure kann man bei der Behandlung der Säuren und Basen zurückkommen. Mit den dargebotenen Stoffen lernen die Schüler die vier wichtigsten Geschmacksqualitäten kennen: süß, sauer, salzig und bitter. Auf die Vorstellung des fünften Grundgeschmacks, umami, wird aus Zeitgründen verzichtet. Zudem ist es unwahrscheinlich, dass die Schüler diesen Geschmack erkennen oder bezeichnen können. Eine theoretische Vorstellung ist jedoch möglich und sinnvoll. Wenn es gewünscht wird, kann der Geschmack mit Hilfe von Sojasauce erfahren werden. Die Stärke wurde ausgewählt, um zu zeigen, dass eben nicht jeder Stoff einen Geschmack hat. [nach 10, 11, verändert] Der Hinweis auf das makroskopisch gleiche Aussehen von Zucker, Kochsalz und Arsentrioxid verdeutlicht den Schülern, wie gefährlich Geschmacksproben in der Chemie sein können.

Die Schüler sollen abschließend alle Sinne zusammenfassen, die zur Stofferkennung dienen können. An jeder Station werden bewusst Stoffe vorgestellt, die die Grenzen der Identifizierung mit Hilfe der Sinne aufzeigen. Die resultierenden Probleme werden in der Abschlussbesprechung erneut thematisiert, um aufzuzeigen, dass die Stofferkennung mit den Sinnen nicht als sicheres Identifizierungsmerkmal dienen kann. Hier erfolgt die Überleitung auf die folgende Stunde, in der eindeutige und ungefährliche Methoden zur Identifizierung, also chemische Experimente, besprochen werden sollen.

Durch die Verwendung der interaktiven Tafel, der Notebooks und der dazugehörigen Software können die Schüler die Ergebnisse in ihrer eigenen Datei protokollieren und mediengestützt präsentieren. Dank der Verknüpfungen bleibt der Ablauf flüssig. Der Timer startet automatisch, wenn die Ergebnisseiten der Dateien angewählt werden. Da den Schülern jeweils am Ende der Dateien die nächste Station zugewiesen wird, wird Unruhe beim Wechsel der Stationen minimiert.

Genauere Ausführungen zur Durchführung des Stationenlernens finden sich in der beigefügten Lehrerhandreichung.


Download:
Einführung
Station 1 (mit Lösungen)
Station 2 (mit Lösungen)
Station 3 (mit Lösungen)
Station 4 (mit Lösungen)
Station 5 (mit Lösungen)
Fazit (mit Lösungen)
Station 1 (ohne Lösungen)
Station 2 (ohne Lösungen)
Station 3 (ohne Lösungen)
Station 4 (ohne Lösungen)
Station 5 (ohne Lösungen)
Fazit (ohne Lösungen)

Lehrerhandreichung (Powerpoint-Datei)


Didaktik der Chemie

E-Mail: Walter.Wagner ät uni-bayreuth.de

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