Hin­wei­se

 

A: In­halt

Bei die­sem Lern­Job wird  den SuS eine klare, farb­lo­se Flüs­sig­keit aus­ge­teilt. Han­delt es sich dabei ein­fach um  Was­ser? Um diese Frage zu klä­ren, wer­den die Dich­te und die Sie­de­tem­pe­ra­tur der Flüs­sig­keit un­ter­sucht und siehe da: Was­ser kann es nicht sein! Aber was ist es dann?

B: Do­ku­men­te

C: As­so­zi­ier­te Stan­dards

Die Schü­le­rin­nen und Schü­ler kön­nen

Kom­pe­tenz­be­reich  „Er­kennt­nis­ge­win­nung“ (2.1)
1. Phä­no­me­ne be­ob­ach­ten und be­schrei­ben
2. sub­jek­ti­ve Wahr­neh­mun­gen ob­jek­tiv be­schrei­ben
3. ein­fa­che Mes­sun­gen durch­füh­ren
4. zu­neh­mend Be­ob­ach­tun­gen von Er­klä­run­gen un­ter­schei­den
6. Ex­pe­ri­men­te unter An­lei­tung pla­nen, durch­füh­ren, aus­wer­ten

Kom­pe­tenz­be­reich  „Kom­mu­ni­ka­ti­on“ (2.2)
1. beim na­tur­wis­sen­schaft­li­chen und tech­ni­schen Ar­bei­ten im Team Ver­ant­wor­tung für Ar­beits­pro­zes­se über­neh­men, aus­dau­ernd zu­sam­men­ar­bei­ten und dabei Ziele sowie Auf­ga­ben sach­be­zo­gen dis­ku­tie­ren
2. ihr Vor­ge­hen, ihre Be­ob­ach­tun­gen und die Er­geb­nis­se ihrer Ar­beit do­ku­men­tie­ren
3. zur Ver­an­schau­li­chung von Er­geb­nis­sen und Daten ge­eig­ne­te Ta­bel­len und Dia­gram­me an­le­gen
5. Sach­ver­hal­te adres­sa­ten­ge­recht prä­sen­tie­ren
7. zu­neh­mend zwi­schen all­tags­sprach­li­cher und fach­sprach­li­cher Be­schrei­bung un­ter­schei­den
8. ein­fa­che Skiz­zen und Zeich­nun­gen lesen und er­stel­len

Kom­pe­tenz­be­reich „Denk- und Ar­beits­wei­sen der Na­tur­wis­sen­schaf­ten und der Tech­nik“ (3.1.1)
(1) wich­ti­ge Ar­beits­ge­rä­te si­cher nut­zen und deren be­stim­mungs­ge­mä­ßen Ein­satz er­läu­tern (…Gas­bren­ner, Ther­mo­me­ter…)
(5) Ex­pe­ri­men­te pla­nen und durch­füh­ren, Mess­wer­te er­fas­sen und Er­geb­nis­se pro­to­kol­lie­ren sowie er­läu­tern, wie man dabei vor­geht (Ta­bel­len, Dia­gram­me und Skiz­zen)

Kom­pe­tenz­be­reich „Was­ser – ein le­bens­wich­ti­ger Stoff“ (3.1.3)
(1) Phä­no­me­ne beim Er­wär­men und Ab­küh­len von Was­ser be­schrei­ben (…Ag­gre­gat­zu­stand)
(2) den Tem­pe­ra­tur­ver­lauf beim Er­hit­zen von Was­ser do­ku­men­tie­ren und dabei die Sie­de­tem­pe­ra­tur er­mit­teln.
(3) wäss­ri­ge Lö­sun­gen un­ter­su­chen und dabei Was­ser als Lö­sungs­mit­tel be­schrei­ben (…Salz­was­ser)

D: Hin­wei­se

Lern­vor­aus­set­zun­gen für die­sen Lern­Job

• Dich­te­be­griff für Stof­fe wie in Bau­stein B11 aus dem Modul „Schwim­men, Schwe­ben, Sin­ken“.
• Dich­te von Was­ser bei La­bor­be­din­gun­gen (1g/cm³) wie in Bau­stein B11 aus dem Modul „Schwim­men, Schwe­ben, Sin­ken“.
• Selbst­stän­di­ge Nut­zung des Gas­bren­ners (vgl. 3.1.1 (1)) , evtl. „Brenn­er­füh­rer­schein“.
• Sie­de­tem­pe­ra­tur von Was­ser bei La­bor­be­din­gun­gen (100°C).
• Ag­gre­gat­zu­stän­de von Was­ser und deren Über­gän­ge (vgl. Bil­dungs­plan Sach­un­ter­richt, Stan­dard 3.​2.​3.​1 (4) + Ex­pe­ri­ment 4.3.4).
• Punkt im Ko­or­di­na­ten­sys­tem, Dia­gramm (vgl. Bil­dungs­plan Ma­the­ma­tik (Gym), Stan­dard 3.1.4 (3)).

All­ge­mei­ne Hin­wei­se zur Pla­nung und Um­set­zung

• In die­sem Lern­Job sol­len die SuS in Zwei­er- oder Drei­er­teams zu­sam­men­ar­bei­ten. Idea­ler­wei­se wird mit der ge­teil­ten Klas­se ge­ar­bei­tet, also mit 14 bis 16 SuS in 5 bis 8 Teams.
• Wie viel Zeit die­ser Lern­Job be­an­sprucht (4 bis 8 Stun­den), hängt we­sent­lich von den Len­kungs­ent­schei­dun­gen der Lehr­kraft ab, vor allem davon, (1) wie selbst­ver­ant­wort­lich die SuS tat­säch­lich ar­bei­ten dür­fen, (2) ob und wie stark ein­zel­ne Lernas­pek­te im Vor­feld vor­be­rei­tet oder „just-in-time“ ent­las­tet wer­den, (3) ob und wie aus­gie­big die bei­den Trai­nings­pha­sen wäh­rend der Un­ter­richts­zeit durch­ge­führt und be­spro­chen wer­den, (4) ob und wie aus­gie­big nach Be­en­di­gung eines Sinn­ab­schnitts schü­ler- oder leh­rer­zen­trier­te Ple­nums­pha­sen (z.B. Prä­sen­ta­tio­nen) zur Wis­sens­in­te­gra­ti­on durch­ge­führt wer­den.  
• Der Lern­Job er­mög­licht die Um­set­zung ver­schie­de­ner Dif­fe­ren­zie­rungs­as­pek­te:

• Prin­zi­pi­ell kann der Lern­Job auch leh­rer­ge­steu­ert „im Gleich­schritt“ durch­ge­führt wer­den. Dabei ent­fal­tet die Me­tho­de aber nicht ihr vol­les Dif­fe­ren­zie­rungs­po­ten­zi­al. Eine sol­che Vor­ge­hens­wei­se kann dann an­ge­mes­sen sein, wenn nicht mit der ge­teil­ten Klas­se ge­ar­bei­tet wird und deut­lich über 20 SuS am Un­ter­richt teil­neh­men. Einen gro­ben An­halts­punkt für die Zeit­pla­nung gibt fol­gen­de Über­sicht:

• Als un­be­kann­te Flüs­sig­keit wird eine stark kon­zen­trier­te Koch­salz­lö­sung ver­wen­det. Zur Her­stel­lung der Lö­sung wer­den ca. 330 g Koch­salz mit Was­ser auf einen Liter auf­ge­füllt. Jedes Team soll­te ca. 120 ml der Lö­sung zur Ver­fü­gung haben, so dass mit einem Liter 8 Grup­pen aus­ge­stat­tet wer­den kön­nen.

Hin­wei­se zur Ex­pe­ri­men­tier­pha­se in Job 1

• Hier geht es um die Er­mitt­lung der Dich­te der un­be­kann­ten Flüs­sig­keit durch Be­stim­mung der Masse einer Flüs­sig­keit­spor­ti­on mit vor­ge­ge­be­nen Vo­lu­men (V = 100 ml). Fach­sprach­lich kommt hier der Un­ter­schied zwi­schen der mitt­le­ren Dich­te eines Kör­pers (vgl. 3.1.3 (4)) und der Dich­te eines Stof­fes zum Tra­gen. Damit wird die The­ma­tik aus Bau­stein B11 des Mo­duls „Schwim­men, Schwe­ben, Sin­ken“ auf­ge­grif­fen. Als Er­geb­nis ist ein Wert der Grö­ßen­ord­nung 1,2 g/cm³ zu er­war­ten.
• Bei der Durch­füh­rung des Ex­pe­ri­ments ist in­ten­diert, dass mit­hil­fe der Leer­mas­se des Kol­bens die Masse der ein­ge­füll­ten Flüs­sig­keit­spor­ti­on be­rech­net wird. Da diese in­di­rek­te Mas­sen­be­stim­mung ko­gni­tiv an­spruchs­voll ist, sind zwei Dif­fe­ren­zie­rungs­ele­men­te ein­ge­plant: (1) Die Masse der Flüs­sig­keit­spor­ti­on im Mess­kol­ben (V = 100ml) kann auch di­rekt be­stimmt wer­den, indem die Flüs­sig­keit voll­stän­dig in ein zu­sätz­li­ches auf der Waage ste­hen­des Be­cher­glas um­ge­füllt wird. (2) Es gibt ein in­di­vi­du­ell nutz­ba­res Hil­fe­an­ge­bot, in dem die er­for­der­li­chen Denk­schrit­te so­wohl für die in­di­rek­te als auch für die di­rek­te Mas­sen­be­stim­mung ge­stuft auf­be­rei­tet sind.
• Es gibt noch einen wei­te­ren Weg zum Ziel: In An­leh­nung an die ver­glei­chen­de Vor­ge­hens­wei­se, die in dem Modul „Schwim­men, Schwe­ben, Sin­ken“ na­he­ge­legt wird, kön­nen die SuS auch ohne kon­kre­ten Dich­te­wert ent­schei­den, dass es sich bei der un­be­kann­ten Flüs­sig­keit nicht um Was­ser han­deln kann. Sie müs­sen nur die Masse des mit Was­ser ge­füll­ten Kol­bens und die Masse des mit der un­be­kann­ten Flüs­sig­keit ge­füll­ten Kol­bens mit­ein­an­der ver­glei­chen. Sie er­ken­nen, dass die Dich­te der un­be­kann­ten Flüs­sig­keit grö­ßer ist als die von Was­ser, ohne ir­gend eine Rech­nung durch­füh­ren zu müs­sen.

Hin­wei­se zur Trai­nings- und In­te­gra­ti­ons­pha­se in Job 1

• Im An­schluss an das Ex­pe­ri­ment ist eine dif­fe­ren­zie­ren­de Trai­nings­pha­se vor­ge­se­hen. Bei enger Zeit­pla­nung kön­nen die die Vor­schlä­ge B und C auch au­ßer­halb der Un­ter­richts­zeit als Haus­auf­ga­be be­ar­bei­tet wer­den.
• Vor­schlag A bie­tet die Mög­lich­keit, eine wei­te­re Dich­te­be­stim­mung durch­zu­füh­ren, z.B. mit rei­nem Was­ser. Die SuS, die zu­nächst mit di­rek­ter Mas­sen­be­stim­mung ge­ar­bei­tet haben, kön­nen hier dazu er­mun­tert wer­den, nun auch die in­di­rek­te Me­tho­de ken­nen­zu­ler­nen.
• Bei Vor­schlag B wird be­schrie­ben, wie drei Schü­ler/innen (Lena, Lars und Leo­nie) das Dich­te­ex­pe­ri­ment aus­wer­ten. Alle drei ma­chen dabei mehr oder we­ni­ger gra­vie­ren­de Feh­ler, die ent­deckt und ver­bes­sert wer­den sol­len. Dabei sind drei Schwie­rig­keits­stu­fen (leicht, mit­tel, schwer) rea­li­siert.
• Bei Vor­schlag C steht der quan­ti­ta­ti­ve Zu­sam­men­hang zwi­schen Dich­te, Masse und Vo­lu­men im Vor­der­grund. An ein Ar­bei­ten mit der For­mel r = m/V ist hier nicht ge­dacht, viel­mehr an ein Ent­de­cken plau­si­bler Re­la­tio­nen zwi­schen den Grö­ßen.  Es wer­den wie­der­um drei Schwie­rig­keits­stu­fen (leicht, mit­tel, schwer) an­ge­bo­ten.
• Nach Be­ar­bei­tung der Auf­ga­ben emp­fiehlt sich zur Zu­sam­men­schau der Er­geb­nis­se eine Ple­nums­pha­se, in der zen­tral the­ma­ti­siert wird: (1) die bei­den Vor­ge­hens­wei­sen zur Mas­sen­be­stim­mung (2) der Dich­te­wert bei rei­nem Was­ser (3) wich­ti­ge In­hal­te aus den Vor­schlä­gen B und C. Je nach Zeit­pla­nung kön­nen hier auch Prä­sen­ta­tio­nen durch SuS sinn­voll sein (vgl. 2.2.5)

Hin­wei­se zur Ex­pe­ri­men­tier­pha­se in Job 2

• Hier geht es um die ex­pe­ri­men­tel­le Be­stim­mung der Sie­de­tem­pe­ra­tur der Salz­lö­sung. Die vor­ge­se­he­ne Ap­pa­ra­tur zur Sie­de­tem­pe­ra­tur­be­stim­mung kann evtl. be­reits bei der Ein­füh­rung des Gas­bren­ners („Brenn­er­füh­rer­schein“) oder bei der The­ma­ti­sie­rung ver­schie­de­ner Ag­gre­gat­zu­stän­de von Was­ser und deren Über­gän­gen  vor­ge­stellt wer­den. Die Durch­füh­rung des Ex­pe­ri­ments ist durch die Lehr­kraft auf­merk­sam zu be­ob­ach­ten, da sie­den­des Salz­was­ser und stän­di­ger Dampf­aus­tritt zwei nicht zu un­ter­schät­zen­de Ge­fah­ren­quel­len dar­stel­len. Bei der Ab­nah­me des Ex­pe­ri­ments ist dar­auf zu ach­ten, dass die Ap­pa­ra­tur si­cher steht. Ge­ge­be­nen­falls soll­te die Lehr­kraft den Kol­ben mit Sta­tiv­ma­te­ri­al si­chern.
• Wer­den etwa 100 ml der Lö­sung ein­ge­setzt, so dau­ert es bei nicht leuch­ten­der Flam­me 6-7 Mi­nu­ten, bis die Sie­de­tem­pe­ra­tur er­reicht wird.  Als Er­geb­nis ist ein Wert der Grö­ßen­ord­nung 108°C zu er­war­ten. Fach­sprach­lich kommt hier der Un­ter­schied zwi­schen der Sie­de­tem­pe­ra­tur (108°C) und dem Sie­de­punkt (108°C | 1013 hPa)  zum Tra­gen. Häu­fig ist fälsch­li­cher­wei­se vom Sie­de­punkt einer Flüs­sig­keit die Rede, ob­wohl der zu­ge­hö­ri­ge Druck­wert gar nicht an­ge­ge­ben wird.
• Die in der Mus­ter­lö­sung an­ge­ge­be­nen Ta­bel­len­wer­te stam­men aus einem Ex­pe­ri­ment, das mit dem Mess­wert­er­fas­sungs­sys­tem VER­NIER auf­ge­nom­men wurde:

 

• Al­ter­na­tiv zum Gas­bren­ner kann auch eine elek­tri­sche Heiz­plat­te ver­wen­den wer­den. In die­sem Fall ist auf der Lern­Job-Maske (Seite 4) das Feld „Gas­bren­ner und Feu­er­zeug“ zu er­set­zen durch das Sym­bol für die Heiz­plat­te, das Feld „Ge­stell mit Auf­la­ge“ ist ganz zu strei­chen. In der Ver­suchs­skiz­ze ist auch in der Mus­ter­lö­sung eine ent­spre­chen­de Ver­än­de­rung vor­zu­neh­men.

  

(C) Schnitt­zeich­nun­gen mit freund­li­cher Ge­neh­mi­gung des Bil­dungs­hau­ses Schul­buch­ver­la­ge Wes­ter­mann Schro­edel Dies­ter­weg Schö­ningh Wink­lers GmbH, Georg-Wes­ter­mann-Allee 66, 38104 Braun­schweig

• Bei der Er­stel­lung des Punkt­dia­gramms ist zu be­rück­sich­ti­gen, dass den SuS diese Dia­gramm­form wo­mög­lich nicht be­kannt ist, eben­so wenig der Be­griff „Punkt im Ko­or­di­na­ten­sys­tem“ (vgl. Bil­dungs­plan Ma­the­ma­tik (Gym), Stan­dard 3.1.4 (3)). Es ist daher zu über­le­gen, ob hier ein vor­be­rei­ten­der Input durch die Lehr­kraft sinn­voll ist, oder ob das zur Ver­fü­gung ge­stell­te Hilfs­ma­te­ri­al aus­reicht. Es ist hier nicht daran ge­dacht, die ein­zel­nen Punk­te im Dia­gramm zu ver­bin­den, weder so, dass eine „mög­lichst glat­te“ Kurve ent­steht noch durch ge­rad­li­ni­ge Ver­bin­dun­gen je zwei be­nach­bar­ter Punk­te (Li­ni­en­dia­gramm).
• Bei der Sie­de­tem­pe­ra­tur­be­stim­mung wer­den die SuS fest­stel­len, dass sich auf­grund des ver­damp­fen­den Was­sers ein wei­ßer Saum am Rand des Er­len­me­er­kol­bens bil­det. Hier­bei han­delt es sich um Koch­salz, das nicht mehr in Lö­sung bleibt. Zur Er­klä­rung die­ses Phä­no­mens wird das Ein­damp­fen der Salz­lö­sung in einer (mög­lichst schwar­zen!) Ab­dampf­scha­le an­ge­lei­tet. Mit die­sem Ex­pe­ri­ment wird Was­ser als Lö­sungs­mit­tel vor­ge­stellt, gleich­zei­tig wird auch schon eine erste Tren­nungs­me­tho­de für die SuS au­gen­fäl­lig, wenn­gleich dabei das Was­ser als Was­ser­dampf ent­weicht.

Hin­wei­se zur Trai­nings- und In­te­gra­ti­ons­pha­se in Job 2

• Im An­schluss an das Ex­pe­ri­ment ist wie­der eine dif­fe­ren­zie­ren­de Trai­nings­pha­se vor­ge­se­hen. Bei enger Zeit­pla­nung kön­nen die die Vor­schlä­ge E und F auch au­ßer­halb der Un­ter­richts­zeit be­ar­bei­tet wer­den.
• Vor­schlag D bie­tet die Mög­lich­keit, noch eine wei­te­re Sie­de­tem­pe­ra­tur­be­stim­mung durch­zu­füh­ren, z.B. mit rei­nem Was­ser (vgl. 3.1.3. (2)) oder Zu­cker­was­ser.
• Bei Vor­schlag E kön­nen die SuS den Um­gang mit Sie­de­dia­gram­men üben. In der ers­ten Schwie­rig­keits­stu­fe (leicht) sol­len die SuS wie in der Ex­pe­ri­men­tier­pha­se aus ge­ge­be­nen Wer­te­paa­ren ein Punkt­dia­gramm er­stel­len. In der zwei­ten Schwie­rig­keits­stu­fe (mit­tel) sol­len um­ge­kehrt aus einem ge­ge­be­nen Punkt­dia­gramm die Wer­te­paa­re ab­ge­le­sen und in eine Ta­bel­le ge­bracht wer­den. In Schwie­rig­keits­stu­fe 3 (schwer) geht es darum ein Punkt­dia­gramm sinn­voll fort­zu­set­zen und dabei die Ver­hält­nis­se bei Sie­den einer Flüs­sig­keit sinn­voll mit den Ver­hält­nis­sen beim Schmel­zen eines Fest­stof­fes (hier: Ker­zen­wachs) zu ver­knüp­fen.
• In Vor­schlag F wer­den ein­fa­che Be­rech­nun­gen rund ums Thema „Salz“ ver­langt. In der ers­ten Schwie­rig­keits­stu­fe (leicht) wird zur Über­prü­fung  der Rech­nung ein klei­nes Ex­pe­ri­ment an­ge­regt. In der zwei­ten und drit­ten Schwie­rig­keits­stu­fe (mit­tel / schwer) wird die ge­sund­heits­schäd­li­che Wir­kung von Salz in Nah­rungs­mit­teln the­ma­ti­siert und damit die bei­den Leit­per­spek­ti­ven „Prä­ven­ti­on und Ge­sund­heits­för­de­rung“ (Be­reich „Er­näh­rung“) und „Ver­brau­cher­bil­dung“ (Be­reich „All­tags­kon­sum“) auf­ge­grif­fen.
• Im An­schluss an die Auf­ga­ben emp­fiehlt sich zur Zu­sam­men­schau der Er­geb­nis­se eine Ple­nums­pha­se. Unter an­de­rem soll­ten hier auch die Sie­de­ver­hält­nis­se von rei­nem Was­ser the­ma­ti­siert wer­den, wie es in 3.1.3. (2) ge­for­dert ist. Hier­bei kann es sinn­voll sein, in einem De­mons­tra­ti­ons­ex­pe­ri­ment das Dia­gramm z.B. mit rei­nem Was­ser mit­hil­fe eines Mess­wert­er­fas­sungs­sys­tems (s.o.) auf­zu­neh­men. So wer­den die SuS vor­sich­tig an die Ver­wen­dung sol­cher Sys­te­me her­an­ge­führt. 

Be­zü­ge zum An­fangs­un­ter­richt Che­mie

Im An­fangs­un­ter­richt Che­mie spielt die Cha­rak­te­ri­sie­rung von Stof­fen durch Stof­f­ei­gen­schaf­ten eine zen­tra­le Rolle, vgl. Kom­pe­tenz­be­reich 3.​2.​1.​1 „Stof­fe und ihre Ei­gen­schaf­ten“.

(1) Stof­f­ei­gen­schaf­ten ex­pe­ri­men­tell un­ter­su­chen und be­schrei­ben (…, Dich­te, …, Sie­de­tem­pe­ra­tur, Lös­lich­keit)

 

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Hin­wei­se: Her­un­ter­la­den [docx] [107 KB]

Hin­wei­se: Her­un­ter­la­den [pdf] [372 KB]

 

Wei­ter zu Lern­Job