Unterrichtskonzepte – Arbeitsgruppe 1 Hauptthema: Atmosphäre und Umwelt als Raum chemischer Prozesse (2) Struktur: Diskussion möglicher Themen Lehrplanbezug Vorgabe des Lernziels Umfang der Einheit Einstieg in die Thematik Skizze des Inhalts Bedarf an Materialien Experimenteller Zugang Erwartungen an die Schüler Skizze des Unterrichtsablaufes Ziel des Workshops: Es soll in Gruppenarbeit eine Unterrichtseinheit skizziert werden zum einen basierend auf der Summe der Erfahrungen der Kolleginnen und Kollegen in der Gruppe, zum anderen unter Berücksichtigung der wichtigsten Themen der derzeitigen Klimaforschung und der Vorgaben der Lehrpläne. Hintergrund: Der durch menschliche Eingriffe in die Natur ausgelöste Klimawandel stellt eine der größten Bedrohungen für ein angemessene Lebensweise der Spezies Mensch auf unserem Planeten dar. Die Lehrpläne heben daher die Bedeutung der Einbeziehung von Umweltaspekten und Handlungsanleitungen in den naturwissenschaftlichen Unterricht besonders hervor: Es ist Ziel des [Chemie]unterrichtes, Problembewusstsein, Einstellungen und Handlungsbereitschaft zu wecken, Kenntnisse über und Einsichten in [...] die Einbindung von Stoffen in das Kreislaufgeschehen der Ökosphäre [...] die Verantwortung gegenüber der Natur und dem Schutz der Umwelt zu vermitteln.

Themenvorschläge: Stoffe und ihre Eigenschaften: Aggregatzustände und ihre Übergänge Die Vorgänge Schmelzen, Verdunsten, Kondensieren und Sublimieren können anhand des Phasengemisches in der Luft diskutiert werden (Wasserdampf, Regentropfen, Eiskristalle, Salzpartikel und Stäube). Die Aufmerksamkeit der Schüler wird auf die Vielfältigkeit der Stoffe in der Luft gelenkt. Experimentalvorschlag: Außenluft (insbesondere in Straßennähe) durch einen Filter ansaugen. Dichte / Löslichkeit Die Temperaturabhängigkeit der Dichte und die Veränderung der Dichte in Salzlösungen lässt sich als gutes Beispiel für den Antrieb der Ozeanströmungen wählen. Die Weltmeere haben an unterschiedlichen Stellen eine unterschiedliche Dichte, abhängig von Temperatur und Salzgehalt. Experimentalvorschlag 1: Demonstration der Dichteunterschiede durch Wiegen von Wasser im Maßkolben, Erwärmen, und Lösen von Salz. Experimentalvorschlag 2 (komplex): Nachbau einer Ozeanzirkulation in einer Wanne (Erwärmung an einer Seite, Eiskühlung an der anderen Seite Stoffumsatz und Energieumsatz: Quantitative Zusammensetzung der Luft Neben der Basiszusammensetzung der Luft kann insbesondere auch die Rolle von Spurengasen diskutiert werden (Wasserdampf -> nat. Treibhausgas, CO2 -> nat. + anthr. Treibhausgas, Ozon -> Ozonsmog, ...) Die geringe Menge der Spurengase ist hervorzuheben und dass sie dennoch erheblich zur Chemie der Atmosphäre beitragen.

Themenvorschläge: Stoffumsatz und Energieumsatz: Verbrennungsvorgänge in Alltag und Umwelt Neben Erdgas, Erdöl und Kohle kann auf die Bedeutung der Verbrennung von Holz hingewiesen werden. Savannenbrände erzeugen riesige Mengen an Kohlenmonoxid (offenes Feuer -> CO2, Schwelbrand -> mehr CO), ca. 50% der Weltbevölkerung nutzt Holz für Herdfeuer -> Gesundheitsgefahr durch Emissionen Experimentalvorschlag: Beobachtung einer Verbrennung von trockenem Holz: offenes Feuer, Schwelbrand, Partikelbildung – Nachweis von CO2 als Verbrennungsprodukt Wasser und Wasserstoff Teil 1: Wasserdampf ist ein natürliches Treibhausgas, Wasserkreislauf, Bedeutung des Süßwasserspeichers Eis für die Trinkwasserversorgung, Gefahr des Abschmelzens von Gletschern durch den Klimawandel. Einfluss auf die Ozeanströmung (Grönlandeis). Frischwasser ist leichter als Salzwasser Experimentalvorschlag: Schichten von Frischwasser auf gefärbtes Salzwasser Teil 2: Wasserstoff wird als Energieträger für die Zukunft diskutiert. Die Vorraussetzungen für eine Energiewirtschaft mit Brennstoffzellen, aber auch die derzeitigen Grenzen (Primärenergie ist notwendig, die Resource Platin ist begrenzt) können diskutiert werden. Experimentalvorschlag: Verbrennen von Wasserdampf, Elektrolyse von Wasser Verhalten von Gasen Mit dem kinetischen Gasmodell und der Rolle von Druck und Temperatur wird die Rolle von Druck und Temperatur in der Atmosphäre diskutiert. Insbesondere Umkehr des Temperaturtrends an der Tropopause: die Tropopause als Temperaturfalle -> Problematik von Emissionen in diese Schicht – Flugverkehr kurz ansprechen Experimentalvorschlag: Modell der Atmosphäre http://www.atmosphere.mpg.de/enid/2sa.html

Themenvorschläge: Chemische Formeln und Reaktionsgleichungen: Oxidationszahl Stickstoffoxide eignen sich ideal zur Einführung der Oxidationszahlen. Die Stickstoffverbindungen in der Atmosphäre vom Ammoniak / Ammoniumsalzen über N2O, N2, NO, NO2 bis zur Salpetersäure im Sauren Regen können mit ihren Oxidationszahlen besprochen werden. Anhand des Gleichgewichtes NO2 + O2  NO + O3 lässt sich Ozonsmog besprechen. Experimentalvorschlag: Analyse der Daten einer Luftüberwachungsstation, evtl. Besuch der Station http://www.atmosphere.mpg.de/enid/2sg.html Elementgruppen: Halogene Besprechung des Vorkommens von Halogenen, der Problematik von FCKW und ihrer Ersatzstoffe. Diskussion des Ozonlochs. Hinweis auf die Treibhauswirkung von FCKW und (wichtig!) Erklärung, dass Treibhauseffekt und Ozonloch nicht direkt zusammenhängen. Experimentalvorschlag: Wenn möglich Darstellung von Ozon http://www.atmosphere.mpg.de/enid/1mk.html Atombau, PSE und Ionenbindung: Ionenbildung und Ionenbindung Besprechung der Schwerflüchtigkeit von Salzen und ihrer Hygroskopizität. Salze entstehen in der Luft und schweben als Feststoffpartikel. Sie sind Kondensationskeime für Wolken und Aerosole und bestimmen direkt und indirekt die Reflexionseigenschaften der Atmosphäre. Neben den Treibhausgasen sind Aerosole der wichtigste Regulator der Energiebilanz der Erde. Experimentalvorschlag: Salz unter feuchter Atmosphäre stehen lassen (Vergleich z.B. mit Wachs)

Themenbewertung und -auswahl: Bewerten Sie (jedes Gruppenmitglied einzeln) die in den Themenvorschlägen angeführten Beispiele nach ihrer Priorität für eine mögliche Anwendung in Ihrem Unterricht. Schreiben Sie eine Zahl vor die Überschrift des Themas. Dieses Thema ist für meinen Unterricht … 1 = sehr geeignet 2 = gut anwendbar 3 = brauchbar 4 = mit Vorbehalt einsetzbar 5 = nicht einsetzbar Wählen Sie in der Arbeitsgruppe 3 Themen aus, die Sie gerne in einer Unterrichtseinheit durchnehmen würden. Thema: Begründung für die Auswahl in Stichworten: 1) 2) 3) Welche anderen, nicht aufgeführten Themen wären für Sie interessant?

Thema für die Erarbeitung einer Unterrichtseinheit: Die Entwicklung einer Unterrichtseinheit auf dieser und den nächsten Seiten erfolgt in Gruppenarbeit. Einigen Sie sich auf einen Teilnehmer, der die folgenden Seiten vollständig ausfüllt und diskutieren Sie in der Gruppe. Alle Gruppenmitglieder erhalten eine Kopie der Ausarbeitung. Thema Für welches Thema möchten Sie in Ihrer Arbeitsgruppe eine Unterrichtseinheit skizzieren? Lehrplanbezug Wo im Lehrplan sehen Sie einen Bezug zu diesem Thema? Lernziel Formulieren Sie in Stichworten zu diesem Thema Lernziele für die Schüler.

Umfang und Einstieg der Unterrichtseinheit: Für wieviele Schulstunden würden Sie die Einheit konzipieren? Wäre diese Einheit innerhalb des regulären Unterrichtes einsetzbar? Einstieg Schlagen Sie einen Einstieg in die Thematik vor? (Experiment, Photos, Zeitungsartikel, …) Die Vorschläge müssen nicht auf Materialien basieren, die Ihnen aktuell zur Verfügung stehen, sollten aber für die durchschnittliche Schule realistisch sein.

Inhalt und Methodik der Unterrichtseinheit: Inhalte Notieren Sie in Stichworten, welche Inhalte Sie in die Einheit aufnehmen würden. Was geben Sie vor? Welche Fragen werden an die Schüler gestellt? Welche Methoden (Gruppenarbeit, Frontalunterricht, Mindmapping, Internetrecherche) würden Sie einsetzen?

Material und Experimente: Welche Materialien werden benötigt? Sie müssen nicht ausschließlich Materialien angeben, die Ihnen zur Verfügung stehen. Die Angaben sollten aber für eine durchschnittliche Schule realistisch sein. Experimente Welche Experimente schlagen Sie für diese Einheit vor? Skizzieren Sie kurz.

Erwartungen an die Schüler: Vorraussetzungen Welches Vorwissen sollten die Schüler schon mitbringen? (Geben Sie Stichworte an. In welcher Jahrgangsstufe wäre die Einheit bevorzugt anzusiedeln?) Fertigkeiten Welche Fähigkeiten und Fertigkeiten der Schüler werden in der Einheit besonders trainiert?

Unterrichtsablauf: Skizze des Unterrichtsablaufs Beschreiben Sie den zeitlichen Rahmen für Aufgaben, Besprechungen, Einzelarbeit, Gruppenarbeit, Experimente, Recherchen, etc. während des Unterrichtes. Entwickeln Sie über die vorgeschlagene Stundenanzahl hinweg ein Flussdiagramm für den Unterrichtsablauf.

Unterrichtsablauf: Skizze des Unterrichtsablaufs (Fortsetzung)