Didaktisch-methodischer Kommentar

Die ausgearbeitete Doppelstunde „Neues ‚Outfit‘ für chemische Beschleuniger – Wie Forscher Katalysatoren verbessern“ gehört zu einer mehrstündigen Unterrichtsreihe im Fach Chemie mit dem Titel „Chemische Reaktionen und ihre Steuerung“.

Bevor die vorgelegte Einheit im Unterricht eingesetzt werden kann, müssen die Schüler bereits Grundlagenwissen über Themen wie Enthalpie und Entropie oder Geschwindigkeit chemischer Reaktionen (Reaktionszeit; Reaktionsgeschwindigkeit) erworben haben. Auch der Einfluss von Faktoren wie Stoff, Konzentration, Temperatur oder Druck auf die Reaktionsgeschwindigkeit sollte ihnen bereits bekannt sein.

Nach der vorgelegten Unterrichtsstunde und der Besprechung der Hausaufgaben könnte es dann mit einem spannenden und ebenfalls alltagsrelevanten Beispiel aus der Katalyseforschung weitergehen. Hier bieten sich unter anderem Aspekte wie „Katalyse auf der Nanometerskala“ , „Holz im Tank - Wissenschaftler entwickeln ein neues Verfahren, mit dem sich Cellulose in kleine Zuckermoleküle spalten lässt“ oder „Neue Wege zur Biomasse-Nutzung - Wolframcarbid als Katalysator für die kosteneffektive Umsetzung von Cellulose in industriell nutzbare Kohlenstoffverbindungen“ an.

Mögliche Themen wären aber auch Brennstoffzellen oder die Nutzung von Biokatalysatoren in der biologischen Abwasserreinigung. Denkbar wäre hier darüber hinaus ein grundsätzlicher Exkurs „Enzyme als Biokatalysatoren“ oder eine Unterrichtseinheit, die sich mit einem Wissenschaftler beschäftigt, der die Katalyseforschung maßgeblich voran gebracht hat (zum Beispiel Max-Planck-Forscher und Nobelpreisträger Gerhard Ertl).

Ein ebenso interessanter wie informativer Abschluss des Unterrichts könnte dann der Besuch eines chemischen Betriebes im regionalen Umfeld sein. Dabei sollten die Schüler nicht nur einen Einblick in den Produktionsprozess bekommen, sondern auch im Gespräch mit einem Wissenschaftler/Techniker ihre Fragen zum Thema Katalyse oder zum Beruf des Chemikers stellen.

Motivierender und herausfordernder Einstieg

Um den Einstieg in das Thema Katalyse möglichst spannend und anschaulich zu gestalten, konfrontiert der Lehrer die Schüler zu Beginn der Unterrichtsstunde mit drei chemischen Produkten, die auf den ersten Blick nicht all zu viel miteinander gemein haben: Stickstoffdünger, Schwefelsäure und Methanol.

Die Schüler sollen anschließend (auf der Basis ihres Vorwissens) einen Zusammenhang zwischen den gezeigten Stoffen und Flüssigkeiten erkennen und möglichst selbstständig die Theorie entwickeln, dass bei ihrer Herstellung Katalysatoren eine entscheidende Rolle spielen.

Da diese Aufgabe recht anspruchsvoll ist, sollte der Lehrer für die Phase gegebenenfalls zusätzliche Unterrichtsimpulse/-hilfen bereithalten, damit ein schneller, motivierender Lernfortschritt gelingt.

Im nächsten Schritt geht es dann darum, die eigentliche Problemstellung der ersten Unterrichtsstunde zu erarbeiten. Dazu hält der Lehrer als stummen Impuls erneut den kleinen Sack/Beutel mit Stickstoffdünger hoch. Im folgenden Unterrichtsgespräch sollen die Schüler möglichst selbstständig die Problemfragen („Wie funktioniert die Ammoniaksynthese? Welche Rolle spielen dabei Katalysatoren?“) formulieren und erste einfache Hypothesen dazu entwickeln.

Neue Medien als Lernhilfe

Während in der ersten Erarbeitungsphase der Schwerpunkt auf traditionellen Lernmitteln und -hilfen (Arbeitsblatt, Begleitinformationen mit Texten und Abbildungen) liegt, wird in der Erarbeitungsphase 2 gezielt eine Kombination aus „alten“ und „neuen“ Medien im Unterricht eingesetzt.

Diese Vorgehensweise ermöglicht es nicht nur, die Medienkompetenz des Kurses/der Klasse zumindest ansatzweise zu verbessern. Die Schüler sollen durch das Verfolgen und Analysieren der Animation („Wie arbeitet ein Drei-Wege-Katalysator?“) auch eine plastische Vorstellung von den ziemlich komplexen Vorgängen und Abläufen in einem Drei-Wege-Katalysator für Benzinautos bekommen – ein Lernergebnis, das allein mithilfe von Text-/Bildinformationen kaum erreichbar wäre.

Medien sprechen verschiedene Lerntypen an

Zudem erhalten die Schüler durch die erfolgte Medienauswahl ein reichhaltiges Angebot an Informationsquellen, das unterschiedliche Lerntypen beziehungsweise Lerneingangskanäle berücksichtigt (Hören, Betrachten/Lesen, teilweise sogar handelnder Umgang). Dies soll den Lernerfolg der Gruppe insgesamt steigern und auch Schüler zur Mitarbeit motivieren, die mit den häufig doch relativ abstrakten reinen Textinformationen nicht ohne Weiteres zurecht kommen.

Experimentauswertung als Hausaufgabe

Um die Lernmotivation auf einem hohen Niveau zu halten, führt der Lehrer zum Abschluss der Unterrichtsstunde ein einfaches Experiment durch. Zunächst versucht er dabei einen „normalen“ Zuckerwürfel mit einem Feuerzeug zu entzünden; danach einen Zuckerwürfel, auf dem sich etwas Zigarettenasche befindet.

Im Rahmen der Hausaufgabe müssen die Schüler eine Erklärung für das für viele vermutlich überraschende Ergebnis des Experimentes finden. Bei der Recherche zum Einsatz kommen sollen auch hier sowohl traditionelle (Lexika) wie auch neue Informationsquellen (Internet). Ziel dieser Phase ist es, die Fähigkeiten der Schüler im Umgang mit fachspezifischen Arbeitsmethoden (Auswertung von Versuchen) zu verfeinern. Sie sollen dabei aber auch erneut ihre Medienkompetenz zumindest ansatzweise verbessern.

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