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MNU-Junglehrer-Tagung am 11.Oktober 2014 am Humboldt-Gymnasium Vaterstetten
Der rote Faden durch den Anfangsunterricht Chemie - eine Dauerbaustelle?
Referent: Christian Herdt, Seminarlehrer für Chemie
am Gymnasium Neubiberg
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Kurze
Vorstellungsrunde
MNU-Junglehrer-Tagung am 11.Oktober 2014 am Humboldt-Gymnasium Vaterstetten
Bast Volker, Bregulla Julia, Edlbergmeier Julia, Feist Verena,
Hench Philipp, Hüttenbrenner Christian, Janitz Karlotta,
Kumpf Carina, Lachmair Ilka, Majer Viki, Pieper Katharina,
Riedl Andreas, Schmalbrock Lisa, Schöffel Melanie,
Struckmeier Claudia, Swiercynski Paulina,
Troglauer Peter, Trösch Elisabeth, Wild Martin, Zollner Susanne
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Ablauf des Workshops
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• Themenstellung klären und Einflüsse auf Themenfolge beleuchten
• Spezielle fachdidaktische Fragen aufwerfen
• 9 Gedanken zum „roten Faden“ einbringen
• Arbeitsphase in Kleingruppen mit Diskussion (ca. 30 min)
• Präsentation der Ergebnisse im Plenum (ca. 20 min)
• Eigenes Beispiel für realisierten Stoffplan 2013/14
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Thema des Workshops:
In welcher Abfolge müssen die Themen unterrichtet werden,
damit der Lehrgang optimal logisch aufeinander aufbaut?
Wodurch wird die Themenfolge
typischerweise beeinflusst?
Schulbuch
aus dem
Referendariat
Aktuelles
Schulbuch
Lehrplan
Eigene Vorstellungen zur
optimalen Themenfolge
Fortbildungen
Zunehmende
Berufserfahrung Fachliteratur
Eigene
Schulerfahrungen
Vorgaben an
der Schule
Empfehlungen
Fachkollegen
Planungen für
LZK (SA, Ex)
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Spezielle
fachdidaktische
Fragen
Einfaches Kugelteilchenmodell in Jahrgangsstufe 8 ?
Aggregatzustände und Lösen eher ein Ballast ?
"Dalton-Modell" auf Wissensstand des 19. Jahrhunderts ?
Wann Ionen als Grundbausteine der
Salze einführen?
Ionenbindung ohne Ionenbildung ?
Salzbildungsreaktionen als „Umgruppierung von Atomen“ ?
„Energie“ variabel positionierbar !
Kern-Hülle-Modell variabel
positionierbar !
Verbindungsformeln auswendig lernen
oder ableiten ? (Hilfsmittel?)
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Gedanken zum „roten Faden“ in Chemie 8 NTG:
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1) Atommodell wechselt mehrfach:
Teilchen-Modell Dalton-Modell Kern-Hülle-Modell Kugelwolken-Modell
Evtl. erweitertes Dalton-Modell
Elektronenformel-Modell: Valenzelektron-Punkt-Strich-Schreibweise
Energiestufen-Modell ?
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Gedanken zum „roten Faden“ in Chemie 8 NTG:
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Was ist das „erweiterte Dalton-Modell“ ?
• Alle Elemente bestehen aus kleinsten Teilchen, den Atomen.
• Atome des selben Elementes sind in Bezug auf Masse und Volumen gleich.
• Atome verschiedener Elemente unterscheiden sich in Masse und Volumen.
• Die kleinsten Teilchen, die die Struktur der Stoffe bestimmen, sind Atome, Ionen oder Moleküle.
• Atome und Ionen können modellhaft kugelförmig dargestellt werden, sie besitzen keine Farbe.
• Verbindungen bestehen aus Atomen mindestens zweier Atomarten oder aus Ionen mindestens zweier Ionenarten.
• Entfallen ist: Atome sind unzerstörbar/ unveränderbar!
vgl. PdN ChiS 2/63, 2014, S.17
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Gedanken zum „roten Faden“ in Chemie 8 NTG:
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2) Zentrale Themenblöcke:
- Aggregatzustände
- Lösen
- Element
- Verbindung
- Energieumsatz
- Katalyse
- Erhaltung der Masse
- Konstante Massenverhältnisse
Naturwissenschaft Chemie
Chemische Grundgesetze
Stoffeigenschaften und Teilchenmodell
Chemische Reaktion
- Salze
- Metalle
- Molekular geb. St.
Atombau
Periodensystem
Stoffgruppen
Bindungen
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Gedanken zum „roten Faden“ in Chemie 8 NTG:
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3) Einzelthemen:
Naturwissenschaft Chemie
Stoffeigenschaften und Teilchenmodell
- Aggregatzustände
- Lösen
Chemische Reaktion
- Element
- Verbindung
- Energieumsatz
- Katalyse
Chemische Grundgesetze
- Erhaltung der Masse
- Konstante Massenverhältnisse
Atombau
Periodensystem
Stoffgruppen
- Salze
- Metalle
- Molekular geb. St.
Bindungen
Oktettregel ?
Wertigkeit ?
Elektronen- konfiguration ?
Luft ?
Energiestufen-Modell ?
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Gedanken zum „roten Faden“ in Chemie 8 NTG:
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4) Basiskonzepte:
Naturwissenschaft Chemie
Stoffeigenschaften und Teilchenmodell
- Aggregatzustände
- Lösen
Chemische Reaktion
- Element
- Verbindung
- Energieumsatz
- Katalyse
Chemische Grundgesetze
- Erhaltung der Masse
- Konstante Massenverhältnisse
Atombau
Periodensystem
Stoffgruppen
- Salze
- Metalle
- Molekular geb. St.
Bindungen
Oktettregel ?
Wertigkeit ?
Elektronen- konfiguration ?
Luft ?
Stoffebene (=Phänomen-Ebene)
und
Teilchenebene (=Modell-Ebene)
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Gedanken zum „roten Faden“ in Chemie 8 NTG:
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4) Basiskonzepte:
Naturwissenschaft Chemie
Stoffeigenschaften und Teilchenmodell
- Aggregatzustände
- Lösen
Chemische Reaktion
- Element
- Verbindung
- Energieumsatz
- Katalyse
Chemische Grundgesetze
- Erhaltung der Masse
- Konstante Massenverhältnisse
Atombau
Periodensystem
Stoffgruppen
- Salze
- Metalle
- Molekular geb. St.
Bindungen
Oktettregel ?
Wertigkeit ?
Elektronen- konfiguration ?
Luft ?
Stoff-Teilchen-Konzept
und
Struktur-Eigenschafts-Konzept
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Gedanken zum „roten Faden“ in Chemie 8 NTG:
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4) Basiskonzepte:
Naturwissenschaft Chemie
Stoffeigenschaften und Teilchenmodell
- Aggregatzustände
- Lösen
Chemische Reaktion
- Element
- Verbindung
- Energieumsatz
- Katalyse
Chemische Grundgesetze
- Erhaltung der Masse
- Konstante Massenverhältnisse
Atombau
Periodensystem
Stoffgruppen
- Salze
- Metalle
- Molekular geb. St.
Bindungen
Oktettregel ?
Wertigkeit ?
Elektronen- konfiguration ?
Luft ?
Energie-Konzept
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Gedanken zum „roten Faden“ in Chemie 8 NTG:
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5) Spezialthemen:
Optimales Hilfsmittel zum Aufstellen von Verbindungsformeln ?
Wertigkeit
Stöchiometrische
Wertigkeit Ionen-Wertigkeit
(=Ionenladung)
Bindungs-
Wertigkeit
(=Bindigkeit)
Aufstellen von
Verhältnisformeln
und
Molekülformeln
Aufstellen von
Verhältnisformeln Aufstellen von
Molekülformeln
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Schroedel: Chemie heute, 8 NTG
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„Natrium und Chlor sind einwertig.“ „Natriumchlorid ist NaCl.“ Vorstellung: „Bindungsarme zwischen Natrium und Chlor.“
Definition im Schroedel-Buch
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Fazit zu den Problemen mit der stöchiometrischen Wertigkeit
• Unterscheidet nicht zwischen Atomen und Ionen, er ist historisch auf die „Elemente“ in Verbindungen bezogen (fachsprachlich sehr problematisch!)
• Führt zu Fehlvorstellungen der Schüler hinsichtlich der Struktur der Stoffe: vgl. Cu2O und H2O
• Hilft den Schülern zwar die Abstraktionsstufe der chemischen Formel zu formulieren – hierbei wird die Formel aber nicht logisch über die Struktur abgeleitet. (vgl. Verhältnisformel)
• Führt zu Fehlvorstellungen bzgl. gerichteter und ungerichteter Anziehungskräfte zwischen Atomen bzw. Ionen.
Aber: Wertigkeit im LP ! (also muss man „Wertigkeit“ abhandeln)
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Lösung: Ionenladung und Bindigkeit als Hilfsmittel zum Aufstellen von Verbindungsformeln
• Ionenladung: Die Ionenladung gibt die Art und die Anzahl elektrischer Elementarladungen an, die ein Ion trägt. Die Folge sind ungerichtete Kraftwirkungen (Anziehungs- und Abstoßungskräfte) auf andere Ionen. In manchen Fällen kann ein Element verschiedene Ionenarten ausbilden.
• Bindigkeit: Die Bindigkeit gibt die Anzahl einfacher gerichteter Bindefähigkeiten (Anziehungskräfte) an, die ein Nichtmetall-Atom gegenüber anderen Nichtmetall-Atomen ausbilden kann. Die Bindigkeit eines Atoms kann je nach Reaktionspartner und Reaktionsbedingungen verschieden sein.
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vgl. PdN ChiS Heft 2015 „Stolpersteine im Chemieunterricht: Bindigkeit und Ionenladung“
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Ionenladungen
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Bindigkeit
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Gedanken zum „roten Faden“ in Chemie 8 NTG:
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6) Spezialthemen:
Kann man auf Teilchenebene definieren,
was eine chemische Reaktion ist?
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Ausfällen von Bleiiodid-Kristallen aus 2 klaren Lösungen
Bild nachbearbeitet; Bildquelle: http://www.versuchschemie.de/upload/files3/65197142_5417.jpg
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Erhitzen von blauem Kupfersulfat mit dem Gasbrenner
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Zugabe von Wasser zu weißem Kupfersulfat
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Ausfällen von Silberchlorid-Kristallen aus 2 klaren Lösungen
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… und Nachweis freier Ionen mit einem Leitfähigkeitsprüfer.
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Bildung von Natriumamalgam aus Natrium und Quecksilber
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Auflösen von Eis in Ethanol bei -15 °C
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6) Spezialthemen:
Kann man auf Teilchenebene definieren,
was eine chemische Reaktion ist?
Definitionsversuch „chemischer Prozess“ (Teilchenebene): Bei chemischen Prozessen werden Atome, Ionen oder auch Moleküle umgruppiert. Hierbei werden meist Bindungen gelöst und/ oder neue Bindungen ausgebildet. Atome können sich hierbei in Ionen umwandeln oder umgekehrt Ionen in die entsprechenden Atome.
Chemiker wissen genau, was chemische Reaktionen sind! Hierbei verändern sich die Stoffe! Die „chemische Reaktion“ ist auf der Stoffebene definiert.
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7) Spezialthemen:
Energiestufen-Modell vs. Schalen-Modell
z.B. Na-Atom
Früher: im Schalen-Modell (räumliche Darstellung der Atomhülle)
Heute: im Energiestufen-Modell (energetische Darstellung der Atomhülle)
Bilder aus dem neuen Schroedel Gesamtband Chemie heute
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8) Spezialthemen:
Elektronenformeln und Kugelwolkenmodell
Bild aus Schroedel Chemie heute 8 NTG Bayern
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Gedanken zum „roten Faden“ in Chemie 8 NTG:
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8) Spezialthemen:
Elektronenformeln und Kugelwolkenmodell
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Gedanken zum „roten Faden“ in Chemie 8 NTG:
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9) Spezialthemen:
Elektronenpaarbindung: Kugelwolkenmodell vs. Schalenmodell
http://www.u-helmich.de/che/0809/05-molek/Folien/Fo12-05.jpg
http://www.tf.uni-kiel.de/matwis/amat/mw_for_et/kap_2/illustr/kovalent_cl2.gif
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Vorbereitung
der
Arbeitsphase
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Workshop = Arbeiten !
Arbeiten nach der Placemat-Methode
zum Erstellen eines „eigenen roten Faden“
durch den Anfangsunterricht Chemie
MNU-Junglehrer-Tagung am 11.Oktober 2014 am Humboldt-Gymnasium Vaterstetten
Je ein DIN A3 Bogen pro Person
Je ein DIN A3 Bogen pro Person
Je ein DIN A3 Bogen pro Person
Je ein DIN A3 Bogen pro Person
Zwei DIN A3 Bögen