S t a a t l . S t u d i e n s e m i n a r f ü r d a s L e h r a m t a n R e a l s c h u l e n T r i e r

Unterrichtsentwurf

Gemäß § 10 der LVO über die Ausbildung und Zweite Staatsprüfung für das Lehramt an Realschulen Plus vom 27. August 1997, in der zur Zeit gültigen Fassung

Anlass: Benotete Lehrprobe

Fach: Chemie

Schule: Grund- und Realschule Plus Gerolstein

Klasse: 9R

Raum: Physikraum (C106)

Datum: 15.05.2012

Zeit: 2. Stunde (08.50 – 09.35 Uhr)

Fachlehrer: RLA´ Frau Zenzen (EU)

Fachleiter: RFL Herr Kießling

Vertreter des Studienseminars:

Schulische/r Ausbildungsleiter/in:

Thema der Unterrichtsreihe:

Atombau, Periodensystem und Elementgruppen

Thema der Unterrichtssequenz:

„Wir finden ein Ordnungssystem der Elemente – Einführung in das PSE“

Basiskonzept: Struktur-Eigenschafts-Beziehungen

Groblernziel der Unterrichtssequenz:

Die SuS erarbeiten ein Ordnungssystem der Elemente des Periodensystems nach dem Atombau.

Vorgelegt von: Jennifer Zenzen

Gerolstein, den 14.05.2012 Unterschrift

1 Lerngruppenanalyse 1.1 Allg. Beobachtungen zum Lernverhalten Die Klasse 9aR der Realschule Plus in Gerolstein setzt sich aus 11 Jungen und 21 Mädchen, also insgesamt 32 SuS zusammen. Ich unterrichte die Klasse seit Anfang Februar einstündig im eigenständigen Unterricht.

Es besteht eine Zweiteilung der Klasse zwischen einem hohen Grad an Interesse und Desinteresse für das Fach. Das Interesse wird dadurch deutlich, dass gerade die Jungen viele Alltagsfragen stellen. Desinteresse signalisieren, oftmals die Schülerinnen, durch ihre Körperhaltung und Mitarbeit im Unterricht.

In der Klasse herrscht stets eine angenehme, aber auch öfters eine unruhige Lernatmosphäre. Durch die hohe Schülerzahl und die komplette Besetzung des Raumes kommt es oft zu kleinen Störungen des Unterrichtsgeschehens. Die Sozialform der Gruppenarbeit sind die SuS gewohnt. Die Kommunikation und Mitarbeit untereinander funktioniert in der Regel sehr gut.

Dadurch, dass das Fach Chemie in der 9. Klasse nur einstündig unterrichtet wird, war es zu Anfang schwer einen Bezug zu der Klasse herzustellen. Erschwert wird dies auch durch die große Anzahl an SuS. Mittlerweile habe ich ein gutes Verhältnis zu der Klasse aufgebaut. Durch den Einstieg mit dem Zeitungsartikel und der direkten Aufforderung am Ende, soll eine hohe Motivation, Teamfähigkeit und Interesse am Problem geweckt werden. Die Schülerinnen zeigen in der Gruppenarbeit häufig mehr Motivation. Daher soll auch in dieser Sequenz die Arbeitshaltung durch die Sozialform verbessert werden. Es muss immer wieder ermahnt und um mehr Aufmerksamkeit gebeten werden. Die L. muss konsequent handeln. Die Zusammensetzung in den bereits eingeteilten Gruppen verläuft bisher positiv. Es ist darauf zu achten, dass die chemische Fachsprache konsequent eingehalten wird.

1.2 Bezug zum konkreten Stundenthema Die SuS können auf fachliches Vorwissen bezüglich des Atombaus der Elemente aufbauen (siehe Vorwissen unter 2.1.3). Das Ordnen von Dingen bestimmt den Alltag der SuS. Viele Sachen unterliegen einem bestimmten Ordnungssystem.

Dieses Vorwissen wird verwendet, um auftretende Fragen zu klären und Hypothesen aufzustellen.

B 1.3 Besonderheiten Ein Schüler neigt dazu in den Unterrichtsstunden Fragen chemischen Sachverhaltes zu stellen, die nichts mit dem eigentlichen Stundenthema zu tun haben.

Die Fragen des Schülers werden nicht immer direkt in der Stunde beantwortet. Oft würde die Antwort zu sehr von der Thematik abweichen.

1.4 Rahmenbedingungen Der Unterricht findet im Physikraum statt. Für die Unterrichtssequenz sind alle nötigen Materialien vorhanden. Ein Whiteboard unterstützt den Medieneinsatz im Chemieunterricht.

Durch die große Schülerzahl ist der Raum vollständig besetzt. Der Physikraum erleichtert durch die stufenförmige Anordnung die Übersicht über die SuS. Die Rahmenbedingungen werden ausreichend genutzt.

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2 Didaktische Analyse 2. 1 Stoffliche Voraussetzungen 2.1.1 Lehrplanbezug Das Thema der Unterrichtssequenz: „Wir finden ein Ordnungssystem der Elemente – Einführung in das PSE“ ist im Lehrplan Chemie für Realschulen unter dem Punkt „8.4 – Atombau – Modelle - PSE“ einzuordnen. Im Lehrplan selbst wird „Die Schülerinnen und Schüler sollen einsehen, dass die Elemente im PSE nach Atombau und Eigenschaften geordnet sind“1 als Lernziel angegeben. In dieser Unterrichtssequenz werden die SuS eigenständig eine Ordnung für die ersten 20 Elemente des PSE finden und begründen. Auf einer Wandzeitung werden alle Ergebnisse dargestellt. 2.1.2 Eingliederung in die Unterrichtsreihe Unterrichtsreihe: Atombau - PSE

1. Sequenz 1 Std Einführung und Erklärung WebQuest (Atommodelle, radioaktive Strahlung, Atombombe)

2. Sequenz 2 Std Informationssuche und Eingrenzung wichtiger Merkmale

3. Sequenz 2 Std Vorbereitung der Plakate und Flyer

4. Sequenz 2-3 Std

Präsentation der einzelnen Vorträge

5. Sequenz 1 Std Abschlussgespräch (Reflexion und kurzer Test)

6. Sequenz 2 Std Wiederholung und Vertiefung des Atombaus (Anwendung Energiestufenmodell – Elementarteilchen – Kern-Hülle-Modell)

7. Sequenz 2 Std „Wie kann man die Elemente ordnen?“ – Einführung in das PSE“

8. Sequenz 2 Std Einführung exemplarisch ausgewählter Gruppen (Alkalimetalle, Edelgase) über die Eigenschaften der jeweiligen Elemente.

2.1.3 Vorwissen der Schüler/innen Die SuS haben zuvor ein WebQuest zur Theorie historischer Atommodelle, radioaktiver Strahlung und Atombombe durchgeführt. Die SuS sind über den Atombau informiert. Begriffe, wie Proton, Elektron, Neutron sind bekannt. Das Kern – Hülle Modell sowie Elektronenverteilung wurden ebenfalls thematisiert. Sie wissen auch, wie man die Ordnungszahl, sprich Kernladungszahl und die Atommasse ergänzt. Die SuS können fehlende Angaben zur Beschreibung eines Atoms ergänzen. 2.2 Bedeutung des Themas Das Periodensystem der Elemente bietet das Fundament für ein tieferes Verständnis der Chemie. Es bildet ein System, das einen Überblick über alle chemischen Elemente gibt. Informationen zu Atombau der einzelnen Elemente, sowie deren Eigenschaften können direkt abgelesen werden. Die ersten zwanzig Elemente bilden die Basis für den weiterführenden Chemieunterricht. Gerade für chemische Bindungen, Aufstellen von Reaktionsgleichungen oder Formeln ist dieses Grundwissen unabdingbar.

1 Ministerium für Bildung, Wissenschaft und Weiterbildung, Lehrplan Entwürfe Lernbereich Naturwissenschaften,

Sommer Verlag, Grünstadt, 1997

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Das PSE bietet einen systematischen Überblick über die verschiedenen Gruppen und deren zueinander jeweils ähnlichen Eigenschaften, Metalle, Halbmetalle und Nichtmetalle. Durch den schnellen Zugriff auf die einzelnen Informationen erleichtert das Periodensystem die Arbeit und das Verständnis im weiterführenden Unterricht ungemein. 2.3 Sachanalyse Das Periodensystem der Elemente (PSE) stellt eine Tabelle der chemischen Elemente, geordnet nach ihren Charakteren (Atombau und Eigenschaften) dar – aufgeführt in Zeilen (Perioden) und Spalten (Haupt- und Nebengruppen). Ein Element ist ein Reinstoff, der mit keiner chemischen Methode in kleinere Teile zerlegbar ist. Alle Atome eines Elements haben die gleiche Ordnungszahl, Jedoch kommen bei manchen Elementen unterschiedliche Atome vor, die sich bezüglich der Massenzahl unterscheiden. Diese Varianz ist auf die unterschiedliche Anzahl an Neutronen zurückzuführen. Diese Elemente nennt man Isotope. Ein Massenspektrometer dient zur Ermittlung der genauen Massenzahl und dem jeweiligen Massenverhältnis der Isotope eines Elements. Die Entstehung des PSE beläuft sich auf eine lange historische Entwicklung, Anfang des 19. Jahrhunderts wurden erstmals Ähnlichkeiten der chemischen und physikalischen Eigenschaften von einigen Elementen bewusst entdeckt. J. W. Döbereiner war einer der ersten Chemiker, der 1817 Vergleiche über die Eigenschaften der Elementgruppen veröffentlichte. Er fasste jeweils drei zueinander ähnliche Elemente in Triaden zusammen (Triade 1: Calcium – Strontium – Barium; Triade 2: Chlor – Brom – Iod usw.). In jeder Triade bildet die Atommasse des jeweiligen zweiten Elements das arithmetische Mittel der beiden anderen Elemente. Pettenkofer baute diese Idee aus und fasst 1850 jeweils vier Elemente aufgrund zueinander gleicher Abstände der Atommassen zusammen. Auch die Zusammenfassung in sieben Verwandtschaftsgruppen erfolgt 1864 durch Newlands. Er erkannte, dass jedes achte Element wieder ähnliche Eigenschaften wie das Ausgangselement aufweist. 2 Die aktuelle Einteilung beruht größtenteils auf den Werken von J. L. Meyer und D. Mendelejew. Fast zeitgleich stellten sie unabhängig voneinander fest, dass die Anordnung nach zunehmender Atommasse periodische Eigenschaften beinhaltet. Ähnliche Elemente wurden demnach in senkrechten Spalten (Gruppen) aufgeführt. Damit diese Ordnung konsequent beibehalten werden konnte, mussten einige Felder frei gelassen werden. Die Eigenschaften dieser fehlenden Elemente wurden mit großer Genauigkeit vorhergesagt und durch die später entdeckten Elemente (Scandium, Gallium und Germanium) bestätigt. Die Elementpaare Argon – Kalium, Cobalt – Nickel und Tellur – Iod weichen hinsichtlich dieser Ordnung ab. Die Atommasse von Kalium ordnet beispielsweise das Element an die 18. und Argon an 19. Stelle an. Damit die Ähnlichkeiten der Gruppen jedoch bestehen bleiben, mussten diese Elemente in umgekehrter Reihenfolge angeordnet werden. Es musste also neben der atomaren Masse eine andere Größe geben, die die Ordnung der Perioden bestimmen. Diese Größe musste direkt mit der Ordnungszahl zusammenhängen, die damals nur eine Art Seriennummer im Periodensystem war. Das Problem wurde schließlich durch H. G. J. Moseley 1914 gelöst. Mithilfe der jeweiligen Röntgenspektren konnte er für jedes Element die richtige Ordnungszahl bestimmen. Somit fand er auch die Bestätigung für die Elemente, die aufgrund der Atommasse in einer anderen Reihenfolge stehen mussten. Das Ordnungsprinzip wurde neu definiert. „Die chemischen und physikalischen Eigenschaften der Elemente sind eine Funktion der Ordnungszahl.“ Weiterhin fand er heraus, dass „im Atom eine fundamentale Größe existieren muss, die in regelmäßigen Schritten von einem

2 Mortimer C./ Müller U.: Chemie, Das Basiswissen der Chemie, Thieme Verlag, Stuttgart, 8. komplett überarbeitete

Auflage, 2003 (S.67)

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Element zum nächsten zunimmt. Hierbei kann es sich nur um die positive Ladung des Atomkerns handeln.“ 3

Abbildung 1 - Periodensystem aus dem Schulbuch

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Anhand des Periodensystems können folgende Eigenschaften der Gruppenelemente abgelesen werden.

Der Metallcharakter nimmt von jeweils von oben nach unten zu, der Nichtmetallcharakter ab.

Die Ionisierungsenergie und die Elektronenaffinität nehmen innerhalb einer Periode zu und innerhalb einer Gruppe ab.

Die Elektronegativität nimmt von links nach rechts und von unten nach oben zu.

Der Atomradius nimmt innerhalb einer Gruppe zu und innerhalb einer Periode ab. Metalle, Halbmetalle und Nichtmetalle werden entweder durch eine entsprechende Grenzlinie und/oder farblich unterteilt. 2.4 Didaktische Reduktion Der didaktische Schwerpunkt der Stunde liegt in dem Finden einer Ordnung der Elemente über den Atombau. Dazu nutzen die SuS ihr Vorwissen über den atomaren Aufbau der Elemente. Die Karten zur Erarbeitung sind nach den Eigenschaften der Elemente (Metall, Halbmetall, Nichtmetall) farblich unterlegt (hellblau, hellgrün, hellgelb). Auf dem Arbeitsblatt finden sie dazu auch einen entsprechenden Hinweis. Die Farbwahl entspricht der aus dem Periodensystem des Schulbuchs (siehe Sachanalyse unter 2.3), um für die folgenden Stunden eine Kontinuität beizubehalten (siehe Unterrichtsreihe unter 2.1.2). In dieser Sequenz werden nur die ersten zwanzig Elemente betrachtet, da ab dem 21. Element die Nebengruppen beginnen. Damit soll eine Überforderung der Lernenden verhindert werden. Zusätzlich soll die Motivation und Übersichtlichkeit über das System beibehalten werden. Auf den Isotopenbegriff wird in dieser Stunde nicht schwerpunktmäßig eingegangen, obwohl dieser den SuS bekannt ist. Die Konzentration gilt den fundamentalen Zusammenhängen des Atombaus, wie der Ergänzung von Atommasse, Anzahl der Elektronen, Protonen und Neutronen sowie der Ordnungszahl.

3 Mortimer C./ Müller U.: Chemie, Das Basiswissen der Chemie, Thieme Verlag, Stuttgart, 8. komplett überarbeitete

Auflage, 20038(S.67)

4 http://www.preisroboter.de/n/9783120685807.html (09.05.2012)

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Die Massenzahlen auf den Elementkarten sind auf ganze Zahlen gerundet, um rein mathematische Schwierigkeiten (Rechnen mit rationalen Zahlen) beispielsweise bei der Berechnung der Massenzahl (p+ + n) zu umgehen. 2.5 Schwierigkeitsanalyse

Auftretende Schwierigkeit Lösungsmöglichkeit Die SuS haben Schwierigkeiten die Problemfrage zu formulieren.

Die L. verweist darauf, dass vieles im Leben seine eigene Ordnung hat und eine gute Struktur viele Situationen im Leben erleichtern kann.

Die SuS können in der Vorwissenaktivierung auf das Wissen bezüglich des Atombaus nicht zurückgreifen. Die SuS haben keine Ideen oder Lösungsansätze um das Problem zu lösen.

Zur Beratung wird eine kurze Murmelphase eingeschoben, in der die SuS untereinander über den Sachverhalt sprechen können.

Die SuS haben Probleme beim Ausfüllen der Elementkarten.

Es sind Hilfekarten vorhanden, die den SuS Hinweise zur Bearbeitung geben. (siehe Anhang 7.3).

In der Erarbeitungsphase entstehen Schwierigkeiten beim Ordnen der Elemente.

Die L. steht beratend zur Seite. Sie verweist auf die Tafel und die gesammelten Hypothesen zur Ordnung der Elemente.

Die SuS können nicht über die erarbeiteten Ergebnisse reflektieren.

Die SuS können den Laufzettel nutzen, um die notierten Ergebnisse erneut zu betrachten.

2.6 Differenzierungsmaßnahmen Im Einstieg wird ein Zeitungsartikel vorgestellt. Die Beschreibung des Artikels ermöglicht eine Aktivierung der ganzen Klasse. Die kooperative Lernform Think-Pair-Share trägt in der Erarbeitungsphase dazu bei, dass auch schwächere SuS zu einem Ergebnis kommen. Sie ermöglicht zusätzlich eine höhere Sicherheit im Umgang mit dem Lösungsweg. Zusätzlich zu dem Arbeitsauftrag sind in der Erarbeitungsphase Hilfekarten verfügbar. Bei Bedarf kann darauf zurückgegriffen werden. Die SuS entscheiden selbst ob und wann sie diese nutzen. Die Sicherung erfolgt durch das Betrachten der Wandzeitungen. Dadurch wird sowohl bei der Anfertigung, als auch im Rundgang das jeweilige Lerntempo berücksichtigt. Gruppen die fertig sind hängen das Plakat auf und beginnen mit dem Rundgang, während langsamere Gruppen noch an den Plakaten arbeiten können. Die SuS können alleine oder zusammen die Informationen auf den Wandzeitungen erforschen. Sollte zuerst nur eine Gruppe mit dem Plakat fertig sein, gibt es auch freie Elementkarten in Form einer Zusatzaufgabe. Durch die jeweiligen Ordnungskriterien können eventuelle Voraussagen für die folgenden Elemente getroffen werden. Die Gruppe kann gemeinsam über Ideen beraten. 2.7 Aktivitätsschema

Naturwissenschaftlicher Erkenntnisweg

Aktivität

Lehrer Lehrer + Schüler Schüler

Fragestellung X

Hypothesenbildung X

Erarbeitungsphase X

Auswertung X

7

2.8 Didaktischer Lösungsweg

Der didaktische Schwerpunkt liegt in der Erarbeitung einer Ordnung der ersten zwanzig Elemente des Periodensystems nach dem Atombau. Der Einstieg verläuft über einen Zeitungsartikel, indem die SuS konkret aufgefordert werden an der Lösung des Problems mitzuarbeiten. Durch die direkte Konfrontation mit dem Sachverhalt werden sie auf der affektiven Ebene angesprochen und motiviert. Der Artikel wird an die Tafel projiziert und laut vorgelesen, sodass gleichzeitig der visuelle und der auditive Lerntyp angesprochen werden. Die kurze Wiederholung des Inhalts sorgt für ein besseres Verständnis für schwächere SuS. Ein kurzes Gespräch über Unordnung und Ordnung leitet zu der Problemfrage „Wie kann man die Elemente ordnen?“ über, die an der Tafel fixiert wird und die ganze Stunde über sichtbar ist. Anschließend erfolgt über den Begriff des Elements die Reaktivierung des Vorwissens über deren Atombau. Das Vorwissen trägt zu einer Konkretisierung des Themas bei. Es führt außerdem zu durchdachten Hypothesen, die aufgrund der Reaktivierung des Wissens klarer formuliert werden können. Das gemeinsame Sammeln der Vermutungen fördert Ideenbildung bezüglich geeigneter Lösungsvorschläge. Nach dem forschenden – entwickelnden Verfahren werden die SuS nun in Gruppen selbstständig eine Ordnung der Elemente festlegen. Unterschiedliche Gruppenergebnisse können auftreten und sind erwünscht. Falsche Ordnungen werden in keinem Fall negativ gewertet. Sie zeigen chemisches Verständnis, weisen Diskussionsbedarf auf und machen die gemeinsame Sortierung der Elemente sinnvoll. Sollte jede Gruppe das gleiche Ordnungsprinzip darstellen, kann trotzdem anschließend über die Begründung dessen diskutiert werden. Die SuS arbeiten mit Elementkarten handlungsaktiv auf der enaktiven Ebene. Das Ordnen und Darstellen auf dem Plakat erfolgt auf der ikonischen Ebene und das Zusammenfassen der Gründe für die jeweiligen Ordnungskriterien auf der symbolischen Ebene. Aufgrund des differenzierten Ansprechens unterschiedlicher Ebenen haben die SuS die Möglichkeit, ihrem Lerntyp gemäß zu lernen.5 Dies führt zu einem tieferen Verständnis der Ordnung des Periodensystems. Lernen mit Herz, Kopf und Hand6 trägt durch die schülerorientierte Arbeit in der Regel zu einem erfolgreichen Lernzuwachs bei. Nach Piaget ist „menschliches Erkennen untrennbar mit bewussten oder probierbaren Handlungen“7. Dieser Satz wird bestätigt, indem man folgendes didaktisches Modell zur Erarbeitung von wissenschaftlichen Untersuchungen näher betrachtet. Es umfasst vier Schritte, die auf dem Weg zu einer fachwissenschaftlichen Theorie berücksichtigt werden sollten. Zuerst erfolgt eine Zusammenstellung der Daten, das hier ungefähr mit der Vorwissenaktivierung und der Hypothesenbildung gleichzusetzen ist. Anschließend werden die Daten ausgewertet und vervollständigt. In der Gruppenarbeit ergänzen die SuS die fehlenden Größen auf den Karten und finden Ansätze für eine Ordnung. Im dritten Schritt wird ein Ordnungssystem entwickelt. In dieser Sequenz wird es auf dem Plakat fixiert und dargestellt. Schließlich muss die Theorie gefunden und begründet werden. Gemeinsam finden die SuS Hinweise, die ihre Ordnung bestätigen können. Dies ist typisch für den Erkenntnisweg der Chemie.8 In der Erarbeitungsphase sollen die oben beschriebenen Schritte alle durchlaufen werden. Die dadurch resultierende intensive Beschäftigung mit dem Thema bedeutet eine nachhaltige Sicherung der Informationen für das PSE. Dies ist wichtig für die Aufrechterhaltung des Lernkontinuums, da das Periodensystem gerade in den höheren Klassen für die Arbeit mit chemischen Sachverhalten unverzichtbar ist. Die erarbeiteten Wandzeitungen werden an Magnetbändern, bzw. einer Pinnwand im Raum verteilt aufgehängt.

5 Linser H., Sorrentino W., Paradies L.: 99 Tipps zur Differenzierung im Unterricht, Cornelsen Verlag, 5.Auflage, 2009

6 http://www.montessori-lern-stueberl.de/montessori_paedagogik.html (11.05.2012)

7 Pfeifer P./Lutz B./Bader J.: Konkrete Fachdidaktik Chemie, Oldenburg Schulbuchverlag, München, Neubearbeitung 2002

(S.122)

8 Pfeifer P./Lutz B./Bader J.: Konkrete Fachdidaktik Chemie, Oldenburg Schulbuchverlag, München, Neubearbeitung 2002

(S.98)

8

Für die Sicherung mündet die arbeitsteilige Gruppenarbeit in einer Art Galeriegang. Zur Förderung der Kommunikation untereinander nehmen die SuS die Ergebnisse der anderen Gruppen zur Kenntnis und diskutieren darüber. Auf einem Laufzettel sollen, neben den eigenen Begründungen, Notizen zu jeder Wandzeitung erstellt werden. An dieser Stelle kann eine Zäsur gesetzt werden. Sollte die Zeit für eine Diskussion reichen wird diese begonnen. Die SuS reflektieren über Unterschiede und Gemeinsamkeiten der unterschiedlichen Lösungsideen. Wenn allerdings in der ersten Sequenz der Stunde keine Zeit mehr sein sollte, fassen die SuS das bisher Gelernte in einem kurzen Blitzlicht zusammen. Durch die Formulierung in eigenen Worten findet ebenfalls eine kurze Reflexion und nachhaltige Sicherung der Teilergebnisse statt.9 (siehe methodische Analyse unter 3.1). Das Blitzlicht aktiviert auch stille SuS, da nur ein kurzes Statement verlangt ist.

3 Methodischer Kommentar

3.1 Begründung des methodischen Vorgehens

Der methodische Schwerpunkt der Stunde liegt in dem problemorientierten Unterricht. Zu Beginn ergibt sich durch einen Sachverhalt eine Frage, die durch geeignete Untersuchungen beantwortet wird. Zwar verläuft die Problemlösungsphase auch nach dem forschenden - entdeckenden Prinzip, jedoch überwiegt die Erarbeitung einer Lösung, die die SuS gemeinsam finden. Im Einstieg wird ein Zeitungsartikel mittels des Whiteboards dargestellt und durch einen Schüler10 vorgelesen. Diese Darstellungsform wird gewählt, da diese sehr übersichtlich ist und die Konzentration der SuS auf den Kontext lenkt. Der Artikel beinhaltet eine fiktive Aktualität und Problematik. Dies wird den SuS im Einstieg deutlich herausgestellt. Die größte Motivation erlangen die SuS über die Aufforderung, dass sich alle Chemiker Gedanken über die Lösung machen sollen. Aus dem vorliegenden Sachverhalt ergibt sich die Problemfrage „Wie kann man die Elemente ordnen?“, die an der Tafel fixiert wird und die Stunde über sichtbar ist. Anschließend erfolgt die Vorwissenaktivierung über die Thematik des Atombaus. Die Informationen werden durch einen Schüler an der Tafel festgehalten. Die Hypothesenbildung über mögliche Ordnungssysteme erfolgt ebenfalls im Plenum. Das gemeinsame Erarbeiten dient einer intensiven Bildung von Lösungsansätzen. Sollten die SuS gehindert sein, Ideen einzubringen oder keine eigenen Ideen haben, wird eine kurze Murmelphase eingeschoben, in der die SuS sich beraten können. In diesem gemeinsamen Austausch erlangen die SuS Sicherheit über ihre Lösungsansätze und sind offener, diese auch zu nennen. Die Vorschläge werden ebenfalls durch einen Schüler an der Tafel notiert. Da sowohl das Vorwissen, als auch die Hypothesen an der Tafel fixiert werden, kann jederzeit darauf zurückgegriffen werden. Für die SuS sind die Informationen somit auch jederzeit greifbar. In der Überleitung zur Erarbeitungsphase, die in Gruppenarbeit stattfindet, erhalten die SuS alle notwendigen Informationen. Die Gruppen sind bereits so eingeteilt, wie sie im Unterricht auch zusammenarbeiten. Diese Zusammensetzung hat sich bisher als positiv herausgestellt. Bevor die eigentliche Gruppenarbeit beginnt, sollte jeder Schüler zunächst alleine (Think - Phase) über den Sachverhalt und mögliche Lösungsansätze nachdenken. Erst danach erarbeiten die Mitglieder gemeinsam (Pair - Phase) eine Ordnung der Elemente. So ist gewährleistet, dass auch die schwächeren Schüler Ideen mit in die Gruppe einbringen können und nicht sofort durch die Ideen der Stärkeren in der Mitarbeit eingeschränkt sind. Zunächst werden auf den Elementkarten die fehlenden Informationen ergänzt (siehe Anhang unter 7.3). Die Anwendung des Vorwissens sorgt für ein besseres Verständnis und leitet zur Lösung des Problems hin. Die Sozialform der Gruppenarbeit ermöglicht, dass sich die SuS gegenseitig helfen, unterstützen und soziale Kontakte festigen. Sie fühlen sich nicht zu sehr unter Druck gesetzt und können freier und kreativer arbeiten. Innerhalb der Gruppe werden die Aufgaben nach eigenen Interessen und Stärken verteilt. Die schwächeren SuS werden in ihrem Selbstvertrauen gefördert, da sie sich in der Gruppe unter ihren Mitschülern mehr zutrauen. Über den Austausch erlangen sie Sicherheit im Umgang mit

9 Brenner G. und K.: Fundgrube Methoden für alle Fächer, Cornelsen Verlag, 5.Auflage, 2010

10 „Schüler“ ist im Folgenden nicht geschlechtsspezifisch auszulegen.

9

dem Gelernten. Die Gruppen sind sehr offen in der Erarbeitung und sollen eigene Ideen einbringen. Ich habe mich gegen die Partnerarbeit entschieden, da ich denke, dass bei dieser offenen Aufgabe die Lösungsideen in der Gruppefundierter erarbeitet und begründet werden können. Sollten einzelne Gruppen mit der Erarbeitung Schwierigkeiten haben, verweist die L. auf die gestuften Hilfekarten (siehe Anhang unter 7.3). Diese sind so konzipiert, dass sie nicht die Lösung verraten, sondern den SuS zu einer selbstständigen Lösungsidee verhelfen. Die Elementkarten in der jeweiligen Ordnung werden auf dem Plakat festgehalten. Anschließend werden diese, auch in Anlehnung an den Zeitungsartikel, als Art Wandzeitung im Raum angebracht. Als Teilsicherung werden die Wandzeitungen der anderen Gruppen in einem Rundgang durch den Physikraum betrachtet und auf dem Laufzettel die Ergebnisse notiert. Ich habe diese Methode der üblichen Präsentation vorgezogen, da hier alle SuS gleichermaßen aktiviert werden. Die Bewegung lockert das Unterrichtsgeschehen auf und motiviert sie in der Beschaffung der Informationen. Durch die selbstständige Art der Bearbeitung kann auch jede Schülergruppe nach ihrem Lerntempo arbeiten. Ob der Rundgang in Einzel- oder Partnerarbeit gestaltet wird, ist den SuS selbst überlassen (siehe Differenzierung unter 2.6). Die offene Gestaltung der Sicherungsphase steigert den Lernerfolg und die positive Lernatmosphäre. Die SuS nutzen einen Laufzettel, auf dem sie zu jedem Plakat die Gemeinsamkeiten und Unterschiede aufführen können. Dieser bietet eine geeignete Übersicht über die einzelnen Arbeitsergebnisse und dient in der Diskussion, die sich an diese Sequenz anschließt, als Grundlage für einen strukturierten Vergleich. Die Überleitung zum Ende der Stunde wird in den situativen Rahmen integriert und erfolgt entweder durch die Diskussion oder falls keine Zeit mehr sein sollte durch ein Blitzlicht zur Sicherung der Teilergebnisse (siehe didaktischer Lösungsweg unter 2.8). Die SuS beenden den Satz „Ich habe heute gelernt, dass ...“ und formulieren so das Zwischenergebnis in eigenen Worten. Diese Methode eignet sich, um einen gemeinsamen Abschluss der Stunde zu gewährleisten. Das Blitzlicht sorgt dafür, dass in kurzer Zeit ein großes Spektrum von unterschiedlichen Meinungen abgedeckt wird. Wenn die Antwort auf ein kurzes Statement beschränkt wird, können viele SuS etwas dazu beitragen. An die Einträge auf dem Laufzettel kann in der nächsten Stunde problemlos angeknüpft werden.

3.2 Öffnen und Schließen des Lernprozesses

Der Einstieg erfolgt über einen Zeitungsartikel, der die SuS vor allem durch den Aufruf, an der Lösung von einem Sachproblem mitzuarbeiten, motivieren soll. Dieser Artikel bildet auch den situativen Rahmen, der die Stunde über aufrecht erhalten bleibt. Die daraus resultierende Problemfrage wird an der Tafel notiert. Der Lernprozess wird anschließend in der Gruppenarbeit geöffnet, sobald sich die SuS selbstständig mit dem Problem auseinandersetzen. Am Ende wird die Lernschleife durch das Beenden des Rundgangs durch den Physikraum geschlossen. In einer Diskussion oder einem kurzen Blitzlicht beenden die SuS den Satz „ Ich habe heute gelernt, dass …“, um konkret über die ersten Erkenntnisse zu reflektieren. Die SuS erhalten einen Lernzuwachs durch das Vergleichen von unterschiedlichen Lösungsansätzen. In einer Diskussion werden spätestens in der zweiten Sequenz die Unterschiede bzw. Gemeinsamkeiten verglichen und die endgültige Ordnung festgelegt. Abwechslungsreiche Methoden und das selbstständige, offene Arbeiten tragen zu einer nachhaltigen Sicherung des Gelernten bei.

10

4 Bildungsstandards

Kompetenzbereiche

(Regelstandards)

Die Schülerinnen und Schüler…

Aufgabenstellungen (Umsetzung der Regelstandards)

Anforderungsbereich 1 Anforderungsbereich 2 Anforderungsbereich 3

Fachwissen F2.1 beschreiben und begründen Ordnungsprinzipien für Stoffe z.B. mit ihren typischen Eigenschaften oder charakteristischen Merkmalen der Zusammensetzung und Struktur der Teilchen. F2.3 nutzen eine geeignete Darstellung zur Erklärung der Entscheidungen über das jeweilige Vorgehen.

… übertragen die Ordnung zur Darstellung auf Wandzeitungen

… ordnen die Elementkarten nach einem System.

… erläutern die Gründe für das Ordnungssystem in kurzen Stichworten auf der Wandzeitung.

… begründen die Entscheidung durch bestimmte Kriterien wie Eigenschaften, Ordnungszahl usw.

Kommunikation K4 beschreiben, veranschaulichen oder erklären chemische Sachverhalte unter Verwendung der Fachsprache und mit Hilfe von Darstellungen. K10 planen, strukturieren, reflektieren und präsentieren ihre Arbeit als Team

… stellen das Ordnungssystem übersichtlich dar.

… beschreiben die jeweilige Ordnung der Elemente durch Anordnen der Karten auf der Wandzeitung. … finden die Unterschiede und Gemeinsamkeiten der verschiedenen Systeme.

… begründen die Ordnung in angemessener Fachsprache. … reflektieren die jeweiligen Entscheidungen bezüglich der Ordnung.

Bewertung B5 diskutieren und bewerten gesellschaftsrelevante Aussagen aus unterschiedlichen Perspektiven. B6 binden chemische Sachverhalte in Problemzusammenhänge ein, entwickeln Lösungsstrategien und wenden diese an.

… binden die wesentlichen Informationen aus dem Artikel in Problemzusammenhänge ein und entwickeln die Problemfrage „Wie kann man die Elemente ordnen?“

... nutzen die jeweiligen Aussagen der Chemiker zur Ordnung der Elemente … erkennen aus dem erarbeiteten Sachverhalt ein Ordnungssystem. … wenden das gefundene System an und stellen es geeignet dar.

… begründen durch Einbeziehung der gesellschaftlichen Aussagen das Ordnungssystem.

11

5 Planungsskizze

Thema: Wir finden ein Ordnungssystem der Elemente – Einführung in das PSE

Leitziel: Die SuS erarbeiten ein Ordnungssystem der Elemente des Periodensystems nach dem Atombau.

Schule: Grund- und Realschule Plus Gerolstein Klasse: 9R Datum: 15.05.2012 U-Std.: 2. Zeit: 08.50 – 10.35 Uhr

1. Problemfindung: Herstellung der Zieltransparenz

Der Einstieg verläuft über einen Zeitungsartikel, indem Streitigkeiten über die Ordnung im

Periodensystem der Elemente thematisiert werden. Alle Chemiker werden aufgerufen an der

Lösung des Problems zu arbeiten. Die Problemfrage „Wie kann man die Elemente ordnen?“ wird

an der Tafel notiert.

2. Problemstellung

Wie kann man die Elemente ordnen?

Lernvoraussetzungen (Vorwissen)

- Elementsymbole

- Metalle und Nichtmetalle

- Atombau (Protonen, Neutronen,

Elektronen, Kern-Hülle-Modell)

- Symbolschreibweise

- Elektronenverteilung

(Außenelektronen)

Hypothesen

Ordnung nach:

- Anzahl Protonen

- Anzahl Elektronen

- Atommasse

- Ordnungszahl

- Eigenschaften

Methodischer Schwerpunkt

problemorientierter Unterricht

Differenzierung

Think-Pair-Share

Hilfekarten

(Lerntempo siehe Differenzierung

unter 2.6)

Experimente

-

Lernschleife

Didaktischer Schwerpunkt

Einführung der Ordnung der

Elemente im PSE über den

Atombau

Seite 2 (Problemlösung)

Medien

- OHP

- Wandzeitung

- Elementkarten

- Hilfekarten

4. Sicherung

12

3. Problemlösung

Kompetenz Phase Förderung des selbstgesteuerten Lernens erwarteter Lernertrag Sozialform Medien

B5

B5/B6

F2.1/F2.3/K4

/K10/B6

K10/K4/F2.3

F2.1/F2.3/K4

/K10/B6

K10/K4/F2.3

K10/F2.1

Vorwissenaktivierung

Hypothesen

Erarbeitung

Sicherung

-------------------------

Wiedereinstieg

Erarbeitung

Sicherung

Das Vorwissen über den Atombau wird geklärt.

Die SuS äußern Vermutungen über die Ordnung der Elemente. Diese werden an der

Tafel notiert.

Die L. gibt Hinweise zur anschließenden Gruppenarbeit und teilt das Material aus.

Dabei sollen die SuS erst in einer kurzen Phase alleine über den Sachverhalt und

mögliche Ideen nachdenken.

Gemeinsam sollen nun zunächst vorhandene Elementkarten mit fehlenden

Informationen ergänzt werden Elektronen, Protonen, Ordnungszahl (siehe Anhang)

Anschließend finden die einzelnen Gruppen eine Möglichkeit und Begründung, wie

sie die Elemente ordnen können. Die Elementkarten sowie die Begründung werden

auf einem Plakat aufgeklebt und im Klassenraum aufgehängt.

Die SuS erhalten Laufzettel und betrachten die Wandzeitungen der anderen Gruppen

unter gegebenen Kritikpunkten. Auf dem Laufzettel werden die einzelnen Stationen

abgehakt und nötige Informationen notiert.

Falls die SuS nicht fertig werden, kann hier die Stunde durch ein Blitzlicht zur kurzen

Reflexion der Teilergebnisse unterbrochen werden und in der zweiten Sequenz

fortgesetzt werden.

---------------------------------mögliches Ende der Stunde--------------------------------------

Der Rundgang durch den Klassenraum wird fortgesetzt und der Laufzettel

komplettiert.

Die Gruppen sammeln sich wieder und vergleichen die Ergebnisse mit dem PSE aus

dem Schulbuch.

Die SuS nennen Gemeinsamkeiten und Unterschiede der Plakate und benennen

Ordnungskriterien. Gemeinsam ordnen die SuS die Elemente an der Tafel.

Plenum

Plenum

EA

GA

EA/PA

Plenum

-----------------------

EA/PA

GA

Plenum

Tafel

Tafel

Elementkarten,

Plakate

Hilfekarten

Laufzettel,

Wandzeitungen

Laufzettel

-----------------------

Laufzettel,

Wandzeitungen

Laufzettel,

Schulbuch

Wandzeitungen,

Tafel

5. Anwendung/Vertiefung

In den nächsten Unterrichtsstunden

werden die verschiedenen Eigenschaften

der Elemente in ausgewählten Gruppen

(Alkalimetalle, Edelgase) des

Periodensystems behandelt.

4. Sicherung des kumulativen Wissens

Das Periodensystem wird gemeinsam an der Tafel geordnet und im Heft gesichert.

13

6 Literatur

(1) Bäurle W./Fröchtenicht E.:

Prisma Chemie 7-10 , Klett Verlag, Stuttgart/Leipzig, 1. Auflage, 2006

(2) Ministerium für Bildung, Wissenschaft und Weiterbildung:

Lehrplan Entwürfe Lernbereich Naturwissenschaften, Sommer Verlag, Grünstadt,

1997

(3) Jäckel M.:

Chemie heute Sekundarstufe I, Schroedel Verlag, 1998

(4) Christen H.R.:

Chemie – Atommodelle, Periodensystem, chemische Bindung, Diesterweg Verlag,

3. Auflage, 1977

(5) Pfeifer P./Lutz B./Bader J.:

Konkrete Fachdidaktik Chemie, Oldenburg Schulbuchverlag, München,

Neubearbeitung 2002

(6) Mortimer C./ Müller U.:

Chemie, Das Basiswissen der Chemie, Thieme Verlag, Stuttgart, 8. komplett

überarbeitete Auflage, 2003

(7) Brenner G. und K.:

Fundgrube Methoden für alle Fächer, Cornelsen Verlag, 5. Auflage, 2010

(8) Bergman et al.:

Schülerduden, Dudenverlag, 2001

(9) Linser H., Sorrentino W., Paradies L.:

99 Tipps zur Differenzierung im Unterricht, Cornelsen Verlag, 5.Auflage, 2009

(10) http://www.montessori-lern-stueberl.de/montessori_paedagogik.html

(11.05.2012)

Bild:

(11) http://www.preisroboter.de/n/9783120685807.html

(09.05.2012)

14

7 Anhang

7.1 Zeitungsartikel

Gerolsteiner Stadtanzeiger

Dienstag, 15.05.2012

Skandal: Chemiker immer noch nicht einig

Mainz. Nach fast 200 Jahren streiten Wissenschaftler des Max-Planck-

Instituts für Chemie in Mainz unaufhörlich über die Ordnung der chemischen

Elemente. Drei bekannte Chemiker beharren auf ihrer unterschiedlichen

Meinung. Johann Wolfgang Döbereiner fasst jeweils drei zueinander ähnliche

Elemente zu Dreiergruppen, sogenannte Triaden zusammen und begründet

dies mit der Atommasse. John Newlands beruft sich auf die Ordnung nach

steigender Atommasse. Max von Pettenkofer ergänzt die Ordnung von

Döbereiner, fasst allerdings vier Elemente in eine Gruppe zusammen.

Alle Chemiker des Landes werden vom Max-Planck-Institut in Mainz dazu

aufgerufen, sich mit dieser Thematik auseinanderzusetzen. Vorschläge zur

Ordnung der Elemente sind mit Begründung umgehend an die Redaktion zu

senden.

15

7.2 Tafelbild

(mittlere Tafel wird als Projektionsfläche benutzt)

15.05.2012

Was wissen wir bisher …

über den Atombau der Elemente

der Atomkern besteht aus

Protonen und Neutronen

der Atomkern ist positiv

geladen

in der Hülle befinden sich die

Elektronen angeordnet auf

verschiedenen Schalen

die Ordnungszahl ist gleich

der Protonenzahl

die Masse eines Atoms

befindet sich fast ausschließlich

im Atomkern

Protonen und Neutronen

ergeben zusammen annähernd die

Atommasse

„Wie kann man die Elemente

ordnen?“

mögliche Ordnung nach:

Anzahl Protonen

Anzahl Elektronen

Atommasse

Ordnungszahl

Eigenschaften

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7.3 Elementkarten (+ Zusatzaufgabe)

H leicht entzündlich

Wasserstoff Atommasse: 1 Ordnungszahl: 1 Anzahl der p+: Anzahl der n: 0 Anzahl der e-: Schalenmodell:

F giftig

Fluor

Atommasse: 19 Ordnungszahl: 9 Anzahl der p+: Anzahl der n: Anzahl der e-: 9 Schalenmodell:

O farblos

Sauerstoff

Atommasse: Ordnungszahl: Anzahl der p+: 8 Anzahl der n: 8 Anzahl der e-: Schalenmodell:

Be giftig

Beryllium

Atommasse: 9 Ordnungszahl: 4 Anzahl der p+: Anzahl der n: Anzahl der e-: 4 Schalenmodell:

B schwarz

Bor

Atommasse: 11 Ordnungszahl: 5 Anzahl der p+: Anzahl der n: Anzahl der e-: 5 Schalenmodell:

Li silbrig/weiß

Lithium

Atommasse: 7 Ordnungszahl: 3 Anzahl der p+: Anzahl der n: Anzahl der e-: Schalenmodell:

C schwarz

Kohlenstoff

Atommasse: 12 Ordnungszahl: Anzahl der p+: Anzahl der n: Anzahl der e-: Schalenmodell:

He farblos

Helium Atommasse: Ordnungszahl: Anzahl der p+: 2 Anzahl der n: 2 Anzahl der e-: Schalenmodell:

N farblos

Stickstoff

Atommasse: 14 Ordnungszahl: Anzahl der p+: 7 Anzahl der n: Anzahl der e-: Schalenmodell:

17

Na silbrig/weiß

Natrium

Atommasse: 23 Ordnungszahl: Anzahl der p+: 11 Anzahl der n: 12 Anzahl der e-: Schalenmodell:

P hoch entzündlich

Phosphor

Atommasse: Ordnungszahl: Anzahl der p+: 15 Anzahl der n: 16 Anzahl der e-: Schalenmodell:

Ar farblos

Argon

Atommasse: 40 Ordnungszahl: Anzahl der p+: 18 Anzahl der n: 22 Anzahl der e-: 18 Schalenmodell:

S gelb

Schwefel

Atommasse: 32 Ordnungszahl: Anzahl der p+: Anzahl der n: Anzahl der e-: Schalenmodell:

Si grau-schwarz

Silicium

Atommasse: Ordnungszahl: 14 Anzahl der p+: Anzahl der n: 14 Anzahl der e-: 14 Schalenmodell:

Mg glänzend

Magnesium

Atommasse: 24 Ordnungszahl: Anzahl der p+: Anzahl der n: Anzahl der e-: Schalenmodell:

Cl giftig

Chlor

Atommasse: 35 Ordnungszahl: 17 Anzahl der p+: Anzahl der n: 18 Anzahl der e-: Schalenmodell:

Ne farblos

Neon

Atommasse: 20 Ordnungszahl: 10 Anzahl der p+: Anzahl der n: 10 Anzahl der e-: Schalenmodell:

Al Leichtmetall

Aluminium

Atommasse: 27 Ordnungszahl: 13 Anzahl der p+: Anzahl der n: 14 Anzahl der e-: Schalenmodell:

18

Ca metallischer Glanz

Calcium

Atommasse: 40 Ordnungszahl: Anzahl der p+: Anzahl der n: Anzahl der e-: 20 Schalenmodell:

K leicht entzündlich

Kalium

Atommasse: Ordnungszahl: 19 Anzahl der p+: Anzahl der n: 20 Anzahl der e-: Schalenmodell:

___

____________

Atommasse:

Kernladungszahl:

Anzahl der p+:

Anzahl der n:

Anzahl der e-:

Schalenmodell:

___

____________

Atommasse:

Kernladungszahl:

Anzahl der p+:

Anzahl der n:

Anzahl der e-:

Schalenmodell:

___

____________

Atommasse:

Kernladungszahl:

Anzahl der p+:

Anzahl der n:

Anzahl der e-:

Schalenmodell:

___

____________

Atommasse:

Kernladungszahl:

Anzahl der p+:

Anzahl der n:

Anzahl der e-:

Schalenmodell:

___

____________

Atommasse:

Kernladungszahl:

Anzahl der p+:

Anzahl der n:

Anzahl der e-:

Schalenmodell:

___

____________

Atommasse:

Kernladungszahl:

Anzahl der p+:

Anzahl der n:

Anzahl der e-:

Schalenmodell:

19

7.4 Hilfekarten

Hilfekarte 1:

Weiterer Tipp:

Ergänze zu jedem Element das Schalenmodell! Stichwort: Außenelektronen. Was fällt dir auf?

Hilfekarte 2:

Überlege dir zu folgenden Fachbegriffen, was sie genau bedeuten und wie sie dir eventuell

bei der Lösung des Problems weiterhelfen können.

Außenelektronen

Schalenmodell

Ordnungszahl

…

Li7

3

Atommasse: Anzahl der

Protonen + Neutronen

Kernladungszahl: Anzahl der Protonen = Anzahl der Elektronen

Elementsymbol für Lithium

20

7.4 Arbeitsauftrag

Gruppe _: Arbeitsauftrag:

1. Ergänzt alle fehlenden Angaben auf den Elementkarten mit dem Folienstift! 2. Findet eine Ordnung für die Elementkarten! 3. Klebt eure Ordnung auf euer Plakat und hängt es an der vorgesehenen Stelle im Raum auf!

(Hinweis: pro Elementkarte reicht 1 Klebepad) 4. Begründet kurz gemeinsam, wieso ihr die Elemente so geordnet habt (siehe Arbeitsblatt)! 5. Startet den Rundgang durch den Raum! Macht euch weitere Notizen zu den Wandzeitungen!

Hinweis: Nichtmetall (hellgelb), Halbmetall (hellgrün), Metall (hellblau)

21

7.5 Arbeitsblatt Gruppenarbeit Name: ________________________ Datum: ________________

Frage:

1. Übertrage die vorgeschlagenen Ideen zur Ordnung in das leere Feld.

2. Notiert und begründet eure „Ordnungskriterien“! _____________________________________________________________________ _____________________________________________________________________ _____________________________________________________________________ _____________________________________________________________________

3. Betrachtet die Plakate der anderen Gruppen. Fallen euch Unterschiede oder Gemeinsamkeiten auf? Notiert diese in der Tabelle:

Gruppe ___

Gruppe ___

Gruppe ___

Gruppe ___

Gruppe ___

Gruppe ___

Gruppe ___

22