Kompetenzorientierung im naturwissenschaftlichen … · 2. Versuche nun mit Hilfe der Nägel einen Stromkreis über die unbekannte Lösung zu bauen. Dürfen sich ... Formulierung

Kompetenzorientierung im

naturwissenschaftlichen Unterricht

Mag. Weberndorfer Ulrike

Mag. Weberndorfer Ulrike 2

INHALTSVERZEICHNIS

DESKRIPTOREN FÜR ALLGEMEINE NATURWISSENSCHAFTLICHE KOMPETENZEN................................................ 3

DIE KOPEX – METHODE .......................................................................................................................................... 4

Grundkompetenzen ....................................................................................................................................... 4 KOPEx zum Thema Chemische Bindungen und die Leitfähigkeit von Lösungen (Lehrer/innenversion)........ 5 KOPEx zum Thema Chemische Bindungen und die Leitfähigkeit von Lösungen (Schüler/innenversion) ..... 7 Weitere mögliche Problemstellungen............................................................................................................ 8 KOPEx zum Thema Charakterisierung organischer Stoffe (Lehrer/innenversion) ....................................... 9 KOPEx zum Thema Charakterisierung organischer Stoffe (Schüler/innenversion) ................................... 11 Weitere mögliche Problemstellungen.......................................................................................................... 12

DIE KLEX – METHODE ........................................................................................................................................... 15

KLEx zum Thema Chemische Bindungen und die Leitfähigkeit von Lösungen ............................................. 16 KLEx zum Thema Charakterisierung organischer Stoffe .............................................................................. 17

Aufgabenblatt: Experimentelle Unterscheidung von anorganischen und organischen Stoffen................................ 18 Ergänzungsblatt (Ideensammlung): Experimentelle Unterscheidung von anorganischen und organischen Stoffen 19

LESEKOMPETENZ FÜR NATURWISSENSCHAFTLICHE TEXTE ................................................................................ 20

Definition von Leseverstehen....................................................................................................................... 20 Definition von Lesekompetenz..................................................................................................................... 21 Aufbau von Lesekompetenz......................................................................................................................... 22

Lesearten .................................................................................................................................................................. 22 Lesestrategien .......................................................................................................................................................... 23

LITERATUR ............................................................................................................................................................ 25


Deskriptoren für allgemeine naturwissenschaftliche Kompetenzen Aus

Naturwissenschaftliche

Bildungsstandards

Berufsbildende Höhere Schulen

(bmukk)

Das Kompetenzmodell

Bereich A: Beobachten und erfassen

A.1 Ich kann Vorgänge und Erscheinungsformen der Natur beobachten und naturwissenschaftliche

Zusammenhänge erfassen.

A.2 Ich kann Vorgänge und Erscheinungsformen in Natur und Umwelt systematisch

Basiskonzepten oder Prinzipien zuordnen und in der entsprechenden Fachsprache

beschreiben.

A.3 Ich kann Vorgänge und Erscheinungsformen der Natur mit Hilfe von Formeln, Größen

und Einheiten beschreiben.

A.4 Ich kann Vorgänge und Erscheinungsformen der Natur mit Hilfe von einfachen

Gesetzmäßigkeiten beschreiben, darstellen und erläutern.

A.5 Ich kann die Bedeutung naturwissenschaftlicher Vorgänge für Wirtschaft, Technik und

Umwelt erfassen und verstehen.

Bereich B: Untersuchen und bearbeiten

B.1 Ich kann aus unterschiedlichen Medien fachspezifische Informationen beschaffen.

B.2 Ich kann naturwissenschaftliche Fragestellungen analysieren und Untersuchungsfragen

stellen.

B.3 Ich kann mögliche Untersuchungsmethoden nennen, Lösungsansätze formulieren und

mögliche Untersuchungsergebnisse vorab abschätzen.

B.4 Ich kann einfache naturwissenschaftliche Untersuchungen planen, typische

naturwissenschaftliche Arbeitsmethoden anwenden und entsprechende Ergebnisse

erhalten.

B.5 Ich kann gewonnene Ergebnisse interpretieren und dokumentieren.

Bereich C: Bewerten und anwenden

C.1 Ich kann gewonnene Ergebnisse der Naturwissenschaften mit gültigen

wissenschaftlichen sowie aktuellen kulturell-gesellschaftlichen Kriterien bewerten.

C.2 Ich kann die Verlässlichkeit einer Aussage hinterfragen und Gültigkeitsgrenzen von

naturwissenschaftlichen Aussagen und Prognosen erkennen.

C.3 Ich kann die Konsequenzen von naturwissenschaftlichen Aussagen abschätzen und

Schlussfolgerungen daraus ziehen.

C.4 Ich kann die förderliche Anwendung von naturwissenschaftlichen Erkenntnissen und

Prognosen für mich sowie für die Gesellschaft (Wirtschaft, Umwelt und Technik)

erkennen und diese beschreiben.

C.5 Ich kann naturwissenschaftliche Inhalte präsentieren sowie persönliche Standpunkte

darlegen und begründen.


Kompetent durch Experimente?

Die KOPEx – Methode (Dr. Haim)

Grundkompetenzen

• Fachwissen: Bestätigen, überprüfen oder neu dazu gewinnen

• Experimentelle Fertigkeit: Titrieren, extrahieren, Leitfähigkeit messen, organisieren des Ablaufs, Protokoll führen,…

• Abstraktionsfähigkeit: Übertragen auf Teilchenebene, Hypothesen bilden

• Interpretationsfähigkeit: Was beeinflusst die Messwerte? Wie hängen sie zusammen? Welche Gesetzmäßigkeiten liegen zugrunde?

• Bewertungsfähigkeit: Ergebnisse mit eigenen Wertehaltungen verknüpfen

• Kommunikationsfähigkeit: Schüler/innen teilen ihre Ergebnisse mit

• Teamfähigkeit: Kooperation, Konfliktfähigkeit, soziales Handeln

2 Wege für unterschiedliche Problemstellungen

Basisexperiment(real oder virtuell)

Lehrer/in oder Schüler/in

Gedankliche

Problemstellung

Experimentelle

Problemstellung

Kompetenzweg 1 Kompetenzweg 2

Kompetenzzuwachs

Erwerb von Grundkompetenzen


KOPEx zum Thema Chemische Bindungen und die Leitfähigkeit von Lösungen (Lehrer/innenversion)

Basisexperimente: pH-Wert bestimmen, Stromkreis aufbauen, Leitfähigkeit messen;

Grundkompetenzen: Fachwissen: Ionenbindung, Atombindung, Metallbindung, Leitfähigkeit.

Experimentelle Fertigkeiten: Leitfähigkeitsmessung von Lösungen

Abstraktionsfähigkeit: Übertrageung des Vorgangs der Stromleitung (für Leiter 1. und 2. Klasse) auf

Teilchenebene.

Interpretationsfähigkeit: Was beeinflusst die Messwerte?

Aufgabenstellung: Die Schüler/innen sollen aufgrund der Leitfähigkeit einer unbekannten Lösung

herausfinden, ob es sich um eine Salz- oder Zuckerlösung handelt!

Materialien: 4,5V Flachbatterie, Glühlämpchen 3,8V, 3 Experimentierkabel mit Krokodilklemmen,

2 große Nägel, NaCl-Lösung + etwas Phenolphtalein, Saccharoselösung

Allgemeine Vorgehensweise:

Einteilung der Schüler/innen in Gruppen zu je 3-5 Personen.

Jede Gruppe erhält eine unbekannte Lösung (Salz- oder Zuckerlösung) und folgenden Arbeitsauftrag:

Baue mit den erhaltenen Materialien eine Anordnung zur Überprüfung, ob es sich um eine Salz-

oder Zuckerlösung handelt!

Achtung: Kosten verboten – ein krebserregendes Abführmitel könnte enthalten sein! Informationen zu den Ergebissen:

Nach ca. 10 bis 15 Minuten gelingt es den Gruppen einen entsprechenden Versuchsaufbau zu finden, sodass im

Falle der Salzlösung das Lämpchen leuchtet.

Chemische Prozess in der Salzlösung:

+ Pol (Anode): 2 Cl - Cl2 + 2 e

- Oxidation

- Pol (Kathode): 2 e - + 2 H2O + (2 Na

+) H2 + 2 OH

- + (2 Na

+) Reduktion

Gesamtgleichung: 2 NaCl + H2O Cl2 + H2 + 2 NaOH Anmerkungen zur Interpretation:

Die in einer Salzlösung vorliegenden Na+ und Cl

- Ionen (Ionenbindung!) werden vom entgegengestzt geladenen

Pol (Nagel) angezogen – die wandernden Ionen schließen den Stromkreis.

Im Falle einer Zuckerlösung (Saccharose C12H22O11) liegen keine Ionen vor (Atombindung) – kein Stromfluss ist

möglich.

Folgende Beobachtungen sind interessant:

- Bei Annäherung der Nägel in der Salzlösung intensiviert sich die Leuchtstärke.

- Die entstehende NaOH am negativen Pol (Kathode) in der Salzlösung zeigt sich durch rosa

Schlieren aufgrund der Anwesenheit von Phenolphtalein.

- Am positiven Pol (Anode) bildet sich Chlorgas.

- Metalle (Eisennägel) verändern sich durch Stromfluss nicht (Leiter 1. Klasse)


Weitere Hintergrundinformationen Die elektrische Leitfähigkeit gibt Auskunft über die in einer Flüssigkeit enthaltenen gelösten, dissoziierten

Stoffe. Sie ist abhängig von der Konzentration, dem Dissoziationsgrad, sowie von der Temperatur und der

Wanderungsgeschwindigkeit.

Die Einheit für den elektrischen Leitwert ist Siemens (S). Sie wird ausgedrückt durch den reziproken Wert des

elektrischen Widerstandes (S =1−Ω )

Die Einheit für die elektrische Leitfähigkeit ist cmS /µ . Sie wird bezogen auf einen Wasserwürfel von 1cm bei

25°C.

Metalle sind Leiter 1. Klasse. Ihre Leitfähigkeit beruht auf den frei beweglichen Elektronen und sinkt mit

steigender Temperatur.

Leiter 2. Klasse sind sogenannte Ionen – Leiter. Die Leitfähigkeit entsteht durch Dissoziation der Bindung im

Wasser. Frei bewegliche Ionen sind die Voraussetzung für die Stromleitung.

Anwendungsbereiche: Die Messung der Leitfähigkeit eignet sich als Methode zur Bestimmung der Wasserqualität zum Beispiel von

Oberflächengewässern oder Grundwässern. Es kann festgestellt werden, ob eine Mischung mit

Niederschlagwasser (Streusalz!) oder Abwasser statt gefunden hat.

In Küstennähe kann durch Leitfähigkeitsmessung erkannt werden, in welchem Umfang Meerwasser in das

Grundwasser eingedrungen ist.

Oft wir die Leitfähigkeitsmessung auch zur Kontrolle von Wasserentsalzungsanlagen benutzt.

Auch bei Bodenuntersuchungen kann durch die Leitfähigkeit auf den Anteil löslicher Salze und damit auf die

Nutzbarkeit geschlossen werden.

Ungefähre Richtwerte zur Leitfähigkeit:

Flüsse /Bäche 1000 cmS /µ

Meerwasser 50 000 cmS /µ

Leitungswasser 500 cmS /µ

Destilliertes Wasser 1 cmS /µ

Für Österreich liegt der Richtwert für Trinkwasser > 300 cmS /µ , für die EU >400 cmS /µ .

Maximal sind für Trinkwasser 2000 cmS /µ bei 25°C erlaubt.

[http://www.wassernet.at/article/articleview/20117/1/5727|Lebenministerium.at – Elektrische Leitfähigkeit]

Zuordnung zur Handlungskompetenz

Grundkompetenzen

A

„Beobachten & Erfassen“

Schüler/in lernt ein Phänomen aus Natur durch ein Laborexperiment:

- zu erfassen - wissenschaftlich zu beschreiben (Fachsprache, Formelsprache)

- wissenschaftlichen Konzepten bzw. Prinzipien zuzuordnen und zu erläutern.

B

„Untersuchen & Bearbeiten“

Schüler/in lernt mittels fachspezifischer Methoden:

- Untersuchungsfragen (Forscherfrage) zu stellen - Vorgänge bzw. Experimente zu planen - Stoffe zu untersuchen - Hypothesen aufzustellen - Stoffe oder Vorgänge zu untersuchen, zu analysieren und zu prüfen - Experimente wissenschaftlich zu beschreiben und zu protokollieren - Ergebnisse zu interpretieren.

C

„Bewerten & Anwenden“

Schüler/in lernt die Ergebnisse

- bezüglich Konsequenzen auf ihn/sie persönlich und die Umwelt

zu bewerten

- und mit anderen darüber zu kommunizieren.


KOPEx zum Thema Chemische Bindungen und die Leitfähigkeit von Lösungen (Schüler/innenversion)

Aufgabenstellung: Finde aufgrund der Leitfähigkeit heraus, ob es sich bei der unbekannten Lösung um ein

Salz- oder Zuckerlösung handelt!

Materialien: 4,5V Flachbatterie, Glühlämpchen 3,8V, 3 Experimentierkabel mit Krokodilklemmen,

2 große Nägel, NaCl-Lösung + etwas Phenolphtalein oder Saccharoselösung

Sicherheitshinweis: Kosten verboten – ein krebserregendes Abführmitel könnte enthalten sein!

Hinweise: Kochsalz ist ein anorganischer Stoff, der von einer Ionenbindung aufgebaut ist. In wässriger Lösung

spaltet sich das NaCl in Na+ und Cl

- - Ionen.

Bei Kristallzucker (Saccharose C12 H22 O11) handelt es sich um einen organischen Stoff, es liegen

Atombindungen vor.

Vorgehensweise:

1. Finde zuerst (ohne Testlösung !) heraus, wie das Lämpchen zum Leuchten gebracht werden kann.

(Wie muss das Lämpchen angeschlossen werden? Sind Lämpchen und/oder Kabel eventuell defekt?)

2. Versuche nun mit Hilfe der Nägel einen Stromkreis über die unbekannte Lösung zu bauen. Dürfen sich

die Nägel berühren, wenn du Aufschluss über die Lösung bekommen möchtest?

3. Beobachte eventuell auftretende Erscheinungen an den Elektroden (Nägeln).

Ergebisse:

Formulierung von Fragen, die zu diesem Experiment einfallen!

Selbsteinschätzung bezüglich der zu erreichenden Ziele: Nachdem Du das Experiment durchgeführt hast, solltest Du nun einige Fertigkeiten und Grundkompetenzen

besitzen. Wie würdest Du Dich nun einschätzen, müsstest du das Experiment wiederholen:

Kann ich

gar nicht

Kann ich

zum Teil

Kann ich

gut

Kann ich

bestens

Aufbau eines Stromkreises

Beobachtungen beschreiben

Beobachtungen interpretieren

Reaktionsgleichung aufstellen

Art der Lösung Beobachtung


Weitere mögliche Problemstellungen

Identifizierung besonderer Wasserproben

Materialien: Leitfähigkeitsmessgerät,

destilliertes Wasser, Leitungswasser, Mineralwasser

Experimentelle Problemstellung

Kompetenzen Handlungs-kompetenz

Identifiziere die einzelnen Wasserproben.

Problem erfassen

Messung durchführen

Ergebnis interpretieren

und dokumentieren

A

B

B

B

Hinweis auf ungefähre Richtwerte (Werte können sehr unterschiedlich sein und sind temperaturabhängig):

Leitfähigkeit von destilliertem Wasser: ~ 1 cmS /µ

Leitfähigkeit von Leitungswasser: ~ 500 cmS /µ

Leitfähigkeit von Mineralwasser: ~ 1200 cmS /µ

Erweiterungsmöglichkeit bei Fachwissen über Diffusion und Osmose

Beurteilung von destilliertem Wasser für die Eignung als Trinkwasser

Gedankliche Problemstellung Kompetenzen Handlungs-

kompetenz

„Destilliertes Wasser ist gesund, weil es besonders

sauber ist.“ Würdest du dem zustimmen?

Problem analysieren

Aussage hinterfragen

Erkenntnis beschreiben

Schlussfolgerung ziehen

B

C

C

C

Problemorientiertes Nachdenken führt zur richtigen Schlussfolgerung: Destilliertes Wasser ist ungesund. Der häufige Genuss kann zur Magenblutung führen.


KOPEx zum Thema Charakterisierung organischer Stoffe

(Lehrer/innenversion)

Basisexperimente: Durchführung von Fällungs- und Oxidationsreaktionen

Grundkompetenzen: Fachwissen: Typische Eigenschaften organische und anorganischer Stoffe, Verbrennung = Oxidation,

Nachweisreaktion von CO2

Experimentelle Fertigkeit: Herstellung von Lösungen, Umgang mit Gasen, die schwerer sind als Luft

Abstraktionsfähigkeit: Hypothesenbildung aufgrund sichtbarerer Versuchsergebnisse (Schwärzung,

Kondenswasserbildung)

Kommunikationsfähigkeit: Bessprechung und Bewertung von Vermutungen

Aufgabenstellung: Die Schüler/innen müssen herausfinden, warum brennende organische

Stoffe zum Beschlagen bzw. zur Schwärzung eines BG führen und eine klare

Calciumhydroxidlösung trüben!

Materialien: Kerze, Zündhölzer, Teile eines Kunststoffsackes, klare Ca(OH)2 Lösung, Kristallisierschale, BG klein

Sicherheitshinweise: Lange Haare zusammenbinden, Unterlage für brennende Kunststofftropfen bereitstellen.

Allgemeine Vorgehensweise:

Eine brennende Kerze wird mittig am Boden einer mittelroßen Kristallisierschale mit Wachs

festgeklebt. Nun füllt man soweit klare Ca(OH)2 Lösung in die Kristallisierschale ein, bis die

Kerze ca. 60% in die Lösung eintaucht.

Zunächst hält man ein kleines BG kurz über die brennende Kerze und beobachtet genau.

Im Anschluss hält man es länger und tiefer über die Flamme.

Zum Vergleich werden – mit Ausnahme des Ca(OH)2 Nachweises - die Flammen von brennendem Holz und

brennendem Kunststoff wie beschrieben untersucht.

Informationen zu den Ergebnissen:

- BG beschlägt sich (Wasserdampf)

- Durch Reduzierung der Luftzufuhr (BG!) vermehrte Schwärzung des BG

- Im Fall der brennenden Kerze: Ca(OH)2 Lösung wird nach ca. 15min trüb

Input Lehrer/in: Fragestellungen für den fragend entwickelnden Wissenstransfer

- Woher stammen die H-Atome? Warum nicht aus der Luft?

- Muss die Kerze brennen um in der kurzen Zeit etwas beobachten zu können?

- Was könnte die Trübung sein? Welches Gas muss entstanden sein?

- Warum sinkt das Gas in die Lösung? (Dichtevergleich: Kohlendioxid - Luft)

- Kann Kohlenstoff auch anders sichtbar gemacht werden?

Anmerkungen zur Interpretation:

Jede Verbrennung ist eine Oxidation: H-Atome aus dem Paraffin (Holz, Kunststoff) werden zu H2O oxidiert.

Die Verbrennung von organischem Material führt außerdem zur Entstehung von Kohlendioxid, welches zu

Boden sinkt.

[Dichte CO2 = 1,9767g/l, Dichte Luft = 1,293g/l (Normalbedingungen: 0°C, 1,013bar)]

Nachweis von Kohlendioxid: Ca(OH)2 + CO2 --> CaCO3 (weißer NS) + H2O Kohlenstoff kann auch durch Russbildung, besonders bei O2 Mangel, sichtbar gemacht werden (unvollständige

Verbrennung: sichtbar C, unsichtbar CO).

Organische Stoffe enthalten C- und H - Atome!


Input Lehrer/in)

Der besondere Aufbau der organischen Stoffe zieht auch besondere Eigenschaften dieser nach sich:

• Geringe Hitzebeständigkeit und Zersetzung unter Verkohlung

• CO2 – Entwicklung bei Verbrennung

• Schlechte Stromleitfähigkeit

• Schlechte Wärmeleitfähigkeit

• Oft charakteristische Gerüche (Essig, Aceton,..)

Kontextorientierter Hinweis: Die massive Verbrennung organischer Stoffe (Kohle, Erdöl, Erdgas,…) in Industrie und Alltag führt zur

verstärkten Entstehung von Kohlendioxid und stellt damit eine wesentliche Ursache für den Treibhauseffekt

dar.

www.seilnacht.com

Weitere Hintergrundinformationen [http://www.seilnacht.com/Lexikon/Treibh.htm|Treibhauseffekt und Klimaveränderungen] – Informationen

zum Thema

[http://www.seilnacht.com/power/pwtreibh.ppt|Powerpoint- Präsentationen] – Der anthropogene

Treibhauseffekt

Zuordnung zur Handlungskompetenz

Grundkompetenzen

A

„Beobachten & Erfassen“

Schüler/in lernt ein Phänomen aus der Natur bzw. durch ein Laborexperiment:

- zu erfassen - wissenschaftlich zu beschreiben (Fachsprache, Formelsprache)

- wissenschaftlichen Konzepten bzw. Prinzipien zuzuordnen und zu erläutern.

B

„Untersuchen & Bearbeiten“

Schüler/in lernt mittels fachspezifischer Methoden:

- Untersuchungsfragen (Forscherfrage) zu stellen - Hypothesen aufzustellen - Stoffe, Vorgänge zu untersuchen, zu analysieren und zu prüfen - Experimente wissenschaftlich zu beschreiben - Ergebnisse zu interpretieren.

C

„Bewerten & Anwenden“

Schüler/in lernt die Ergebnisse

- bezüglich Konsequenzen auf ihn/sie und die Umwelt zu bewerten

- und mit anderen darüber zu kommunizieren.


KOPEx zum Thema Charakterisierung organischer Stoffe (Schüler/innenversion) Aufgabenstellung: Finde heraus, warum brennende organische Stoffe zum Beschlagen bzw. zur Schwärzung eines BG führen und eine klare Calciumhydroxidlösung trüben!

Materialien: Kerze, Zündhölzer, Teile eines Kunststoffsackes, klare Ca(OH)2 - Lösung,

Kristallisierschale, BG klein

Sicherheitshinweise: Lange Haare zusammenbinden, Unterlage für brennende Kunststofftropfen bereitstellen!

Vorgehensweise:

- brennende Kerze in Ca(OH)2 Lösung stellen ca. 15 min warten

- kleines BG kurz über brennende Flamme halten

- Kleines BG etwas länger und tiefer über Flamme halten

- Hinweise auf H- und C-Atome in Holz und Kunststoff durch BG über Flamme erhalten

- Beobachtungen notieren

Ergebisse:

Interpretation:

Formuliere 3 Fragen, die Dir zu diesem Experiment einfallen!

Selbsteinschätzung bezüglich der zu erreichenden Ziele: Nachdem Du das Experiment durchgeführt hast, solltest du nun einige Fertigkeiten und Grundkompetenzen

besitzen. Wie würdest Du Dich nun einschätzen, müsstest Du das Experiment wiederholen:

Kann ich

nicht

Kann ich

nur zum Teil

Kann ich

gut

Kann ich

bestens

Nenne zwei besonders wichtige Atome von organischen

Stoffen

Weise zwei besonders wichtige Atome von organischen

Stoffen nach

Interpretiere Beschlag und Schwärzung des BG

Trübung der Calciumhydroxidlösung

Interpretiere die Trübung der Calciumhydroxidlösung

Bedeutung im Alltag: Überlege nun unter zu Hilfenahme des erworbenen Wissens: Welche Auswirkung hat die Verbrennung von organischem Material (Holz, Kohle, Erdöl, Treibstoff, …) auf die Umwelt?

Material Beobachtung

Kerzenwachs(Paraffin)

Holz

Kunststoff


Weitere mögliche Problemstellungen

1. Verbrennung von organischen Stoffen Die massive Verbrennung organischer Stoffe (Kohle, Erdöl, Erdgas,…) in Industrie und Alltag führt zur

verstärkten Entstehung von Kohlendioxid und stellt damit eine wesentliche Ursache für den Treibhauseffekt

dar.

www.seilnacht.com

Gedankliche Problemstellungen Kompetenzen Handlungs -

kompetenz

Mache eigene Lösungsvorschläge zur Verbesserung der CO2 Bilanz auf der Erde!

Bedeutung für Umwelt

Verstehen

Lösungsansätze formulieren

A

B

Recherchiere im Internet zum Thema „Geo - Engineering“

Information beschaffen B

Präsentiere zwei der gefundenen Vorschläge zur globalen CO2 - Reduktion unter Betonung der jeweiligen Vor- bzw. Nachteile. Variante: Wähle aus den gefundenen Vorschlägen zur CO2-Reduktion einen aus und verteidige ihn in einem Tribunal!

Inhalte präsentieren

Persönliche Standpunkte

darlegen

C

C

C

Information zum Thema Geo – Engineering: CO2 Reduktion durch Geo – Engineering: Darunter versteht man den Eingriff des Menschen

in das System Erde mit dem Ziel, die

fortschreitende Erderwärmung zu reduzieren.


Stephen H. Salter (geb. 1938) – emeritierter Professor für Konstruktionstechnik an der Universität

von Edinburgh

Vorschlag zur CO2 Reduktion: Lichtreflektierende Wolken

Ferngesteuerte, unbemannte und mit Windkraft angetriebene Schiffe steuern über die Ozeane und

sprühen Salzwassertröpfchen (Süßwassertröpfchenwürden vollständig verdunsten) in die Luft. Die

Tröpfchen dienen als Kristallisationskeime und sollen die existierenden Wolken über den Ozeanen so

Hell als möglich machen. Dadurch wird das Reflektionsvermögen der Wolken erhöht, weniger

Wärmestrahlung entsteht.

Angetrieben werden die Schiffe durch den sog. Flettner Rotor (zurückgehend auf den deutschen Erfinder Anton

Flettner). Es handelt sich dabei um einen senkrecht stehenden und rotierenden Zylinder, welcher elektrisch

angetrieben wird. Ist dieser zugleich einer Windströmung ausgesetzt, entsteht eine Kraft quer zur Strömung

(Magnus Effekt) - der Wirkungsgrad steigt deutlich.

Die nötige elektrische Energie für den Antrieb und das Versprühen des Salzwassers liefert ein gewaltiger

Unterwasserpropeller, der bei der Fahrt durchs Wasser in Rotation versetzt wird.

Gefahr: - Klima kann stark verändert werden, Niederschlagsmengen können sich verändern.

- Geo – Engineering kann die Bereitschaft zur Reduktion des CO2 Ausstoßes reduzieren

US - Energieminister Steven Chu (geb. 1948) - Professor an der University of California, Berkeley,

Physik – Nobelpreisträger 1997.

Vorschlag zur CO2 Reduktion: Die Welt soll weiß werden Autos, Dächer, Straßen sollen mit weißer Farbe gestrichen werden, damit wesentlich mehr

Sonnenlicht reflektiert wird. „Die Energie geht zurück in den Weltraum, statt in den Stein“, sagte Chu.

Prof. Klaus Lackner, Professor of Geophysics, Earth and Environmental Engineering,

Columbia University, New York, USA

David Keith, University of Calgery (Kanada)

Vorschlag zur CO2 Reduktion: Künstliche Bäume Die künstlichen Bäume von Prof. Lackner enthalten ein Harz, welches CO2 binden und auch

wieder leicht abgeben kann. So ein künstlicher Baum kann 1000mal mehr CO2 aus der Luft filtern als

ein natürlicher Baum, er müssten allerdings millionenfach aufgestellt werden.

Pro eingefangener Tonne CO2 würde der Preis bei 1000 Dollar liegen.

David Keith, University of Calgery (Kanada) Sein CO2 Fänger arbeitet mit NaOH und kann eine Tonne CO2 für 100 bis 250 Dollar ausfiltern.

Das aus der Luft geholte CO2 müsste dann in konzentrierter Form in unterirdischen Hohlräumen dauerhaft

gespeichert werden.

Oliver Wingenter, Associate Professor - Atmospheric Chemistry, Biogeochemistry and Climate Change –

Department of Chemistry, New Mexico Institute of Mining and Technology in Socorro

Vorschlag zur CO2 Reduktion: Ozeandüngung Mit Hilfe von Eisensulfat als Düngemittel könnte versucht werden das Algenwachstum zu beschleunigen. Das

von den Algen abgesonderte Dimethylsulfid dient als Kristallisationskeim für Wassertröpfchen und damit der

Wolkenbildung.

Durch die Photosynthese der Algen wird auch vermehrt CO2 gebunden, welches dann im Anschluss mit den

abgestorbenen Algen auf den Meeresboden absinkt.


Gefahr: - Eine zu hohe Konzentration an Phytoplankton, also Algen, birgt das Risiko der Eutrophierung.

- Völlig unbekannte Nebenwirkungen

- Mehr Phytoplankton mehr Zooplankton mehr Fische Wale sogar mehr CO2 könnte

ausgeatmet werden

Prof. Paul Crutzen (geb. 1933) niederländischer Meteorologe, von 1980 bis

2000 Direktor am Max-Planck-Institut für Chemie in Mainz, 1995 Nobelpreis für Chemie.

Astronom Roger Angel von der University of Arizona

Vorschlag zur CO2 Reduktion: Stratosphärischer Sonnenschirm

Paul Crutzen schlägt vor, eine Tonne Schwefelteilchen in 20km Höhe auszubringen um einen Teil des

Sonnenlichtes ins All zurück zu streuen. Die Folgen seien vergleichbar mit einem Vulkanausbruch.

Um messbare Erfolge zu haben, müssten Millionen Tonnen Schwefel ausgebracht werden.

Anfallende Kosten: 30 Milliarden Dollar.

Der Astronom Roger Angel von der University of Arizona schlägt vor Milliarden transparente

Kunststoffscheiben von 60cm Durchmesser ins All zu schießen um Sonnenlicht abzulenken.

Diese sollen am sogenannten Lagrange Punkt 1, 1,5 Millionen km von der Erde entfernt positioniert werden.

Der Lagrange Punkt 1 ist jener Punkt zwischen Sonne und Erde, wo sich die Anziehungskräfte von Sonne und

Erde gegenseitig aufheben.

2. Strom- und Wärmeleitfähigkeit anorganischer und organischer Stoff

Gedankliche Problemstellungen Kompetenzen Handlungs-

kompetenz

a) Nenne Beispiele aus dem Alltag, wo die schlechte Wärme- bzw. Stromleitfähigkeit der organischen Stoffe ausgenützt wird.

b) Entwickle in diesem Zusammenhang eigene Ideen für den Alltag!

Förderliche Anwendung

erkennen und beschreiben

C


Kompetent durch Experimente?

Die KLEx – Methode (Dr. Haim)


KLEx zum Thema Chemische Bindungen und die Leitfähigkeit von Lösungen

Verifizierung einer Trinkwasserverschmutzung durch Streusalz

Gedankliche Problemstellungen Kompetenzen Handlungs-

kompetenz

Meldung aus den Nachrichten:

Die winterliche Streusalzausbringung könnte zu einer

Trinkwasserverschmutzung geführt haben.

Durch welche Methoden lässt sich diese Meldung bestätigen

oder dementieren?

Zusammenhänge erfassen

Lösungsansätze formulieren

A

B

Kreatives, lösungsorientiertes Nachdenken könnte auf folgende Methoden führen: Ergänzungsblatt, Ideensammlung:

Probe

- kosten

- verdunsten lassen und Rückstand prüfen

- Leitfähigkeit messen

- Siedepunkt bestimmen

(Siedepunktserhöhung)

- Gefrierpunkt bestimmen

(Gefrierpunktserniedrigung)

- Dichtemessung - nur bei hohem NaCl Gehalt

(Meerwasser mit einem Salzgehalt von 35g/l

hat eine Dichte von 1,023g/ml,

1l wiegt also 1,023kg)

- Cl-

Nachweis mit AgCl

- Korrosivität im Langzeitversuch testen


KLEx zum Thema Charakterisierung organischer Stoffe

Experimentelle Unterscheidung von anorganischen und organischen Stoffen

Einteilung der Schüler/innen in Gruppen bis zu 5 Mitgliedern.

Materialien: Kupferstück, Gummistücke, Trinkhalme, Kartonstücke, Eisennagel,…

Bunsenbrenner, Ca(OH)2, kleines BG, Batterie 4.5 V, 3 Experimentierkabel mit Klemme, Glühlämpchen 3,8V,

Thermometer

Experimentelle Problemstellungen Kompetenzen Handlungs -

kompetenz

Finde möglichst viele geeignete Wege zur Unterscheidung dieser organischen und anorganischen Stoffe und notiere sie im Aufgabenblatt!

Kreatives,

lösungsorientiertes

Experimentieren

A,B,C

Präsentiere vor der Klasse den zur Entscheidungsfindung eingeschlagen Lösungsweg!

Inhalt präsentieren,

Standpunkt darlegen

C


Aufgabenblatt: Experimentelle Unterscheidung von anorganischen und organischen Stoffen

Familiennamen der Gruppenmitglieder:

Kurzbeschreibung der Lösungsvarianten

Warum ist dieser Unterscheidungsweg erfolgreich?

1.

2.

3.

4.

5.

6.


Ergänzungsblatt (Ideensammlung): Experimentelle Unterscheidung von anorganischen und organischen Stoffen

Kurzbeschreibung möglicher Lösungsvarianten

Warum ist dieser Unterscheidungsweg erfolgreich?

1. Material in offene Flamme halten Hitzebeständig? Organische Materialen zersetzen sich (Gummi, Trinkhalm Karton),

Kupfer, Eisen hitzebeständig

2. Falls Material brennbar - kleines BG über Flamme halten

H2O Dampf?

Wasserstoffatome in organischen Materialien werden zu H2O oxidiert

3. Falls Material brennbar – entstehendes CO2 auffangen und in

Ca(OH)2 Lösung leiten

Kohlendioxid + Calciumhydroxid Calciumcarbonat + Wasser

Ca(OH)2 + CO2 --> CaCO3 (weißer NS) + H2O

4. Zur Prüfung der Leitfähigkeit Stromkreis herstellen:

Batterie – zu prüfender Stoff – Lämpchen – Batterie

Gummi, Kunststoffhalm, Karton leiten den elektrischen Strom kaum, Cu und Fe sehr

gut (Nur im Fall von Cu und Eisen leuchtet das Lämpchen.)

5. Prüfung der Wärmeleitfähigkeit: Ein Ende des Stoffes wird erwärmt,

Temperatur am anderen Ende wird in Abhängigkeit der Zeit geprüft

Gummi, Kunststoff und Karton leiten die Wärme schlecht,

Kupfer und Eisen sehr gut

6. Material entzünden und auf die Entstehung von C (Ruß) achten

(Sauerstoffzufuhr mittels BG reduzieren)

Organische Stoffe zersetzen sich in der Hitze unter Verkohlung


Kompetent im Lesen? Kompetenz durch Lesen?

Lesekompetenz für naturwissenschaftliche Texte

Prof. Josef Leisen – Leiter des staatl. Studienseminars für das LA an Gymnasien in Koblenz:

Josef Leisen hat dem Physikunterricht in vielfältiger Weise Impulse gegeben und sich u.a. besonders der

Verständlichkeit der Sprache im Physikunterricht bzw. Physikbuch gewidmet.

Kernpunkt:

Wie können wir Lehrerinnen und Lehrer Texterschließungsstrategien für Sachtexte

(Lehrbuchtexte, Aufgabentexte, Anleitungen für Versuche, Wissenschaftstexte,…)

vermitteln?

Definition von Leseverstehen

„Im Text steht doch alles drin, du musst nur genau lesen!“

Diese Auforderung missdeutet „lesen“ als rein rezeptiven Vorgang und vergisst, dass beim verstehenden Lesen

nicht nur die Buchstaben decodiert werden müssen, sondern vor allem das schon vorhandene Wissen zum

Thema aktiviert werden muss.

Dabei tauchen Assoziationen und Erinnerungen auf, Fragen und Aha – Erlebnisse Widersprüche und

Verstehenshypothesen wechseln sich ab.

Das Gefühl des Verstanden-Habens stellt sich aber erst ein, wenn das Neue dem Alten passend zuordenbar ist

und Sinnlücken geschlossen werden können. Vorraussetzung dafür ist natürlich, dass der neue Text eine

geeignete kognitive Dissonanz zum Wissen des Lesers / der Leserin aufweist: der Text muss zu bewältigen sein!

Schon beim ersten Anblick von Texten bauen sich Erwartungshaltungen auf.

Dann ist der Lesevorgang ein Wechselspiel zwischen „Herauslesen (Bottom-Up-Prozess)“ und „Hineinlesen

(Top-Down-Prozess)“

„Herauslesen“: Der Text wird vom Leser / der Leserin benutzt um Vorstellungen aufzubauen.

Diese Vorstellungen werden nun mit dem Vorwissen verknüpft, Verstehenshypothesen werden aufgebaut.

„Hineinlesen“: Die Erwartungen an den Text, die Verstehenshypothesen werden am Text geprüft.

Verstehendes Lesen ist also mehr als die Entnahme von Information (Bedeutungsentnahme) aus dem Text, verstehendes Lesen ist eine aktive Sinnkonstruktion!


Definition von Lesekompetenz

Frei nach Weinert (1930-2001)

Vizepräsident der Max Plank Gesellschaft, Lehrstuhl für Entwicklungspsychologie und Pädagogische Psychologie

an der Uni Heidelberg:

Eine Person gilt als kompetent, wenn sie die Bereitschaft (motivational, volitional und sozial) besitzt, ihre verfügbaren oder erlernbaren Fähigkeiten und Fertigkeiten verantwortungsbewusst und erfolgreich zu nützen um variable Probleme zu lösen.

Leseverstehen = Lesekompetenz?

- Das Leseverstehen stellt hier die verfügbare oder erlernbare Fähigkeit, also die aktive

Sinnkonstruktion aus dem Text dar.

- Die Lesekompetenz beinhaltet dann die erfolgreiche und verantwortungsvolle Nutzung der

Information zur Problemlösung und verlangt das Interpretieren, das Reflektieren und Bewerten des

Textes, z.B. das Formulieren von Hypothesen und das Ziehen eigener Schlussfolgerungen.

LESEKOMPETENZMATRIX:

Die für den Erwerb von Lesekompetenz geeigneten Lesestrategien sind abhängig von Text (Art, Umfang,

Schwierigkeitsgrad, Fachgebiet) und der Schulstufe.

Aber: Besteht in den gekürzten naturwissenschaftlichen Gegenständen überhaupt die Zeit für den Erwerb von Lesestrategien? Jede/r Lehrer/in muss sich selbst die konkrete Frage stellen:

Was möchte ich dass meine Schüler/innen am Ende können? Die Antwort könnte heißen: Sachtexte lesen und verstehen können, sie richtig interpretieren und bewerten

und dann noch die richtigen Schlussfolgerungen für die eigenen Handlungen daraus zu ziehen.

Ist das nicht die Voraussetzung für das so oft zitierte lebenslange Lernen, weit über die 2 oder 3

Wochenstunden in der Schule hinaus?

Außerdem: Sind die Texte für den Unterricht gut gewählt, werden vorhandene wertvolle Ressourcen für den

Wissenserwerb genützt – die Schüler/innen werden in die Lage gebracht, sich ihr Wissen in kleinen Teilen

selbst zu holen!

Meiner Meinung nach ist dies eine sinnvolle Möglichkeit der Wissensvermittlung und bietet Abwechslung im

Unterrichtsgeschehen!


Aufbau von Lesekompetenz

Sicherlich nicht durch zufällige Lesegelegenheiten, vielmehr durch einen systematischen und gestuften Lern-

und Übungsprozess.

Zu entscheiden ist:

- Welchen Text (Art, Umfang, Schwierigkeitsgrad) möchte ich in dieser Schulstufe einsetzen?

- Wie gehe ich mit dem Text um?

Passe ich mittels Schulung der Lesekompetenz den/die Leser/in an den Text an

oder

passe ich mittels Text-Vereinfachungen den Text an den/die Leser/in an?

- Welche Leseart – angepasst an den Leseauftrag - sollen die Schüler/innen anwenden?

- Welche Lesestrategie soll geübt werden?

- Wie kann der erreichte Kompetenzstand diagnostiziert werden?

Auf jeden Fall sind Romane anders zu lesen als Sachtexte. Jede/ Schüler/in weiß das - und doch wird vielfach

die gleiche Vorgangsweise gewählt: Wort für Wort bis zum Textende durchlesen.

Deshalb entwickelte Josef Leisen ein Konzept, wie mit Sachtexten im jeweiligen Gegenstand sinnvoll

umzugehen ist. Denn: Auch wer geographische Fachtexte gut lesen kann, muss dies nicht automatisch mit

physikalischen oder chemischen Fachtexten können.

Domänenspezifische Umsetzung ist entscheidend!

Josef Leisen: Lesecurriculum für Sachtexte

Zur Textauswahl:

Die zugrunde liegende Texte können aus den jeweiligen Schulbüchern stammen oder zusätzliche Materialien

sein. Die Texte sollen ansprechend, für die Schüler/innen ernst zu nehmend, beeindruckend aber nicht

abschreckend, vor allem nicht verwirrend oder im Stil abstoßend sein. Entscheidend ist die „kognitive Distanz“

des Textes: Der Text soll and das vorhandene Wissen anknüpfen und zur erfolgreichen Bearbeitung

herausfordern.

Geeignete Sachtexte verbinden gezielt den Aufbau von Fachkompetenz und Lesekompetenz!

Anforderungen an die Schüler/innen:

1. Welche Leseart muss ich entsprechend meinem Leseauftrag auswählen? (Kompetenz Nr. 1)

„Mal überfliege ich nur, mal lese ich genau“

Lesearten

- orientierendes Lesen oder „scannen“: Schnelle Aneignung von Schlagzeilen um zu entscheiden, was

man sich später genauer anschauen möchte

- selektives (selektierendes) Lesen: gezieltes Heraussuchen von gewünschter Information um eine

Aufgabenstellung bearbeiten zu können

- extensives (kursorisches) Lesen: Flüchtiges Lesen, mit dem Ziel möglichst schnell einen Überblick zu

bekommen

- intensives (totales) Lesen: Text lesen und verstehen wollen

- zyklisches Lesen: Text zuerst scannen, dann extensiv, danach intensiv lesen.


2. Welche Lesestrategie eignet sich für den Text besonders?

(Kompetenz Nr. 2)

Lesestrategien

Fragenformulierung durch den/die Lehrer/in

Fragen zum Text

Selbständige Fragenformulierung durch den/die Schüler/in

a) Fragen zum Erhalt von Information

Die Antwort auf die Frage findet sich direkt im Text. b) Fragen zum umfassendes Textverständnis

Zur Fragenbeantwortung müssen mehrere Textstellen kombiniert werden. c) Fragen zu Reflexion und Bewertung

Zur Fragenbeantwortung muss der Text mit eigenem Wissen oder eigenen Erfahrungen verknüpft werden.

d) Fragen zur Interpretation

Zur Fragenbeantwortung muss auf eigenes Wissen oder auf eigene Erfahrungen zurückgegriffen werden.

Text strukturieren

a) Text überfliegen, Vorwissen aktivieren b) Randnotizen anfügen:

? …. unklar

?! … unklar, aber wichtig

! …. wichtig

!! …. sehr wichtig c) Sinnabschnitte mit eigenen Überschriften versehen

Text mit Bild lesen

a) Text überfliegen b) Text mit Bild vergleichen c) Fachbegriffe im Text markieren, die auch im Bild vorkommen d) Begriffe aus dem Bild notieren, die im Text nicht vorkommen

Farborientiert markieren, Schlüsselwörter suchen, Text zusammenfassen

a) Text genau lesen b) Fachbegriffe färbig markieren (z.B. Nomen rot, Verben grün, …) c) Vermeintliche Schlüsselwörter am Rand markieren (max. acht) d) Text unter Zuhilfenahme der Schlüsselworte bzw. der markierten Worte zusammenfassen.


Text in eine andere Darstellungsform bringen

a) Struktur des Textes analysieren b) Informationen entnehmen c) Mögliche andere Darstellungsformen für den Text überlegen: Skizze, Tabelle, Graph, Flussdiagramm,

Mind-Map, Concept-Map, Filmleiste, Animation, …

Flussdiagramm: Prozess- oder Programmablauf wird schematisch dargestellt. Ideal für die genaue Analyse und Darstellung eines Arbeitsablaufes in seiner zeitlichen Abfolge.

Mind-Map (Gedankennetz): Themengebiet wird visuell erschlossen, Assoziationen sind erwünscht. Das beschriftete Baumdiagramm eignet sich besonders für Ideensammlungen, Strukturierung von Sachtexten, Lernstoffvorbereitungen, … (Sinnvoll für die Umsetzung: Unliniertes Papier verwenden, zentrales Thema in der Mitte genau beschreiben, davon wegführende Linien (mit Schlüsselbegriff versehen) führen zu Unterthemen, usw. Verschiedene Ebenen können durch verschiedene Farben dargestellt werden.)

Concept-Map (Begriffsnetz): Zentrale Begriffe (max. 6-12) und ihre bestehenden Relationen werden schematisch aufgezeichnet. Komplexere Verbindungen im Vergleich zur Mind-Map werden aufgezeigt. (Sinnvoll für die Umsetzung: A4 im Querformat verwenden, Hierarchien unter den Begriffen beachten (mit Rechtecken und Ellipsen unterscheiden), jeden Begriff nur 1x verwenden, verwandte Begriffe in unmittelbarer Nachbarschaft aufschreiben, verwendete Linien und Pfeile beschriften, kreative Ideen zulassen, …)

Text expandieren

a) Fachbegriffe markieren b) Zusätzliche Erklärungen für die

Fachbegriffe einbauen c) Weitere Informationen zum Text anschließen

Verschiedene Texte zum Thema vergleichen

Zum besseren Verständnis bei der intensiven Auseinandersetzung mit einem Thema kann der Vergleich zweier (mehrerer) Texte zum gleichen Thema hilfreich sein, da verschiedene Blickwinkel eingenommen werden.

Mehr – Phasen - Schema

Ideal bei der Erarbeitung eines gesamten Kapitels. Vorgehensweise:

a) Überblick verschaffen (Leseart „scannen“) b) Lesestrategie wählen c) Rekapitulierung d) Verknüpfung mit der eigenen Wissens- und Erfahrungswelt suchen


Literatur Chemie und Schule 2/11: Unterrichten sie noch oder kompetenzieren sie schon? Mit KOPEx und KLEx zur

kreativen Problemlösekompetenz, Kurt Haim

bm:ukk Textverständnis in allen Fächern, 10 Lesestrategien im Unterrichtsgegenstand Chemie,

Leherer/innenbildung Literacy, PH Wien, Mag. Dr. Elisabeth Kulnigg

[1] Leisen, Josef (Hrsg.): Methoden-Handbuch des Deutschsprachigen Fachunterrichts. Bonn: Varus 2003.

[2] LEISEN, Josef: Grundlagenteil. In: Studienseminar Koblenz (Hrsg.): Sachtexte lesen im Fachunterricht der

Sekundarstufe. Seelze-Velber: Kallmeyer in Verbindung mit Klett 2009. S. 8-108

[3] BOMMERSHEIM, S.; W. HEUPER u. J. LEISEN: Sachtexte lesen in den Fächern Chemie und Physik. In:

Studienseminar Koblenz (Hrsg.): Sachtexte lesen im Fachunterricht der Sekundarstufe. Seelze-Velber: Kallmeyer

in Verbindung mit Klett 2009. S. 120-136

[4] LEISEN, Josef: Lesen in allen Fächern. In: Lesekompetenz, Leseleistung, Leseförderung.

Grundlagen, Modelle und Materialien. Hrsg. von Andrea Bertschi-Kaufmann. Seelze-Velber: Friedrich Verlag

2007, S. 189-197

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