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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