Lehr- und Forschungsgebiet
Didaktik der Biologie und Chemie
Das Schülerlabor für Interessierte

CheERs! - Chemical Educational Research RWTH Aachen

Angebot für Schulen

Hier ist zunäst eine kurzübersich der verschiedenen Module mit Thema, empfohlene Klassenstufe und Inhalt:

Titel empfohlene Klassenstufe Inhalt
Voller Energie - Wie Lithium-Ionen-Akkus unsere digitalen Endgeräte versorgen Oberstufe Galvanische Zelle, Redoxreaktionen
Angespannt und unter Druck - Piezoelektrizität in unserem Alltag ab Klasse 8 Aufbau von Kristallen, Erzeugung einer Spannung mit einem Kristall
Kleine Helfer große Wirkung - Enzyme als Katalysatoren unter der Lupe Klasse 8 - 11
Unbekannten Substanen auf der Spur - Die Qualitative Analyse 1.0 ab Klasse 7 Stofftrennung von Haushaltsstoffen
Unbekannten Substanen auf der Spur - Die Qualitative Analyse 2.0 ab Klasse 9 Ionennachweise durch Ausfällen, Komplexbildung, etc.
Käfer, Quallen und OLED TV - Lumineszenz erobert die Welt Klasse 9 - 11


Hier sind die aktuellen Module, die wir aktuell durchführen aufgelistet.

Voller Energie - Wie Lithium-Ionen-Akkus unsere digitalen Endgeräte versorgen

Zielgruppe/Vorwissen

Dieses Modul ist eher für die Oberstufe gedacht. Die Lernende sollten Reaktionsgleichung aufstellen können. Weiterhin soll den Lernenden Redoxreaktionen als Elektronenübertragungs-Reaktionen bekannt sein. Elektrochemisches Grundwissen (Oxidationszahlen, Aufstellen von RedOx-Teilgleichungen, Daniell-Element, Halbzellen, etc.) sollte ebenfalls Vorhanden sein.

Dauer

6-8 h (= ganzer Tag)

Beschreibung

In dem Modul "Voller Energie - Wie Lithium-Ionen-Akkus unsere digitalen Endgeräte versorgen" beschäftigen sich Schüler*Innen mit dem Aufbau und der Funktion von Lithium-Ionen-Zellen. Ihre Funktionsweise wird, angegliedert an das Curriculate Modul "Elektrochemie" fachlich-theoretisch erarbeitet, sodass die Schüler*Innen grundlegende MINT-relevate Prinzipien wie "Redoxreaktionen" oder das "Daniell-Element" wiederholen, ehe sie die spezifischen Strukturen und Funktionen der häufig verwendeten Akkus selbstständig erschließen können. Dabei werden verwendete Materialien und deren Funktionsweise "Interkalation" in einer kleinen Projektarbeit erarbeitet und die Ergebnisse im Plenum diskutiert, sodass auch die methodischen Kenntnisse der Schüler*Innen am realitätsnahen Beispiel eine stetige Förderung erhalten. Im praktischen Teil werden die Lithium-Ionen-Zellen selbst hergestellt und verschiedene Varianten, die den alten Forschungsständen entsprechen, getestet, sodass die Schüler neben der Realisierung auch die lange Forschung an diesen Energiespeichern nachvollziehen und verstehen können.





Angespannt und unter Druck - Piezoelektrizität in unserem Alltag

Zielgruppe/Vorwissen

Zielgruppe: ab Klasse 8
Vorwissen: Aufbau von Kristallen/Ionischen Bindungen

Dauer

6 h;

Beschreibung

Ob in Kopfhörer, Mikrophonen, der Sonartechnik oder Keramiken - winzige Piezoelemente werden häufig im Alltag verwendet, ohne dass wir von ihnen oder ihrer Funktionsweise wissen. Die von Curie entdeckten Eigenschaften dieser Materialen können dabei wahlweise in Aktoren oder Sensoren verwendet werden und sind aus der heutigen Zeit kaum wegzudenken.
In dem Modul "Angespannt und unter Druck - Piezoelektrizität in unserem Alltag" werden die Schüler*Innen an die Funktionsweise und breiten Einsatzmöglichkeiten dieser Elemente herangeführt und lernen, dass auch viele Kristallstrukturen piezoelektrische Eigenschaften aufweisen, bevor diese experimentell analysiert werden.
Dafür müssen zunächst piezoelektrische Kristalle im Labor synthetisiert werden. Neben der Praxis wird hier auch die Theorie der Kristallchemie (Kristallographie) erörtert und spielerisch am Modell erlernt. Ein Highlight des Moduls ist es, dass die Kristalle am Ende sogar mitgenommen werden können, da sie völlig unbedenklich sind.
Während die Kristalle wachsen, lernen die Schüler*Innen Informationen in Präsentationen für einen Markt der Möglichkeiten zusammenzufassen. Hierbei sind Kreativität und die sinnvollge Verknüpfung der vorhandenen Informationen gefragt.
Nach einer kurzen Pause folgt dann die Analyse der Kristalle mithilfe von Oszilloskopen. Hier lernen die Schüler*Innen diese richtig einzusetzen und die Diagramme auszuwerten - moderne Technik, die in vielen alltäglichen Bereichen genutzt wird.
Nachdem die Inhalte verstanden und experimentell erprobt sind, geht es an die Alltagsfrage: Wo werden piezoelektrische Elemente verwendet? Die Antwort stellt viele verschiedene Bereiche dar, in denen Elemente als Sender oder Empfänger dienen und auch hier werden zum Abschluss einige Beispiele vergleichend mit den eigens- synthetisierten Kristallen verglichen.
Da die Oszilloskope für Anfänger erfahrungsgemäß schwierig zu bedienen sind, liegt der Fokus in diesem Modul nicht auf der selbstständigen Arbeit, sondern auf dem handlungsorientierten Forschen, sowie dem Vergleich von Laborpraktiken mit der Realität, eine Methode die oft in Modellversuchen der zeitgenössischen Forschung angewandt wird, sodass die Lernprogression sowie diese Methodiken fokussiert sind.

Kleine Helfer große Wirkung - Enzyme als Katalysatoren unter der Lupe

Zielgruppe/Vorwissen

8. - 11. Klasse; 15-25 Teilnehmer

Dauer

4-8 h; 12-25 Teilnehmer

Beschreibung

Was hat der menschliche Körper mit dem Waschen von Wäsche, der Wirkung von Medikamenten und der Käseproduktion gemeinsam? Alle Prozesse werden durch kleine Moleküle - Enzyme - unterstützt, die als Katalysatoren fungieren.
Das Modul "Kleine Helfer große Wirkung - Enzyme als Katalysatoren unter der Lupe" beschäftigt sich basierend auf vielen Experimenten mit der Frage, was Enzyme und Katalysatoren sind und wie sie Reaktionen und Prozesse beeinflussen.
Dabei schließt das Modul nahtlos an die curricularen, schulischen Inhalte auf und kann sowohl als Einstieg, als auch als Ausklang der Reihe bearbeitet werden. Die Schüler*Innen werden systematisch an vertieftes Wissen herangeführt, indem sie zunächst in kleinen Projekten die Thematik der Katalysatoren bearbeiten und sich dabei an der Fragestellung "Wo kommen Katalysatoren in meinem Alltag vor?" orientieren. An diesem Punkt schließt das in selbstständiger Arbeit zu erarbeitende Modul an und begleitet die Schüler*Innen kognitiv durch die Inhalte. Struktur und Funktion von Enzymen als Katalysatoren werden ebenso in Modelversuchen untersucht, wie die körperliche Spezifikation dieser (Wirkungsweise, Temperatur- und pH-Optimum).

Unbekannten Substanen auf der Spur - Die Qualitative Analyse 1.0

Zielgruppe/Vorwissen

Ab Klasse 7; es wird lediglich Vorwissen zu Stoffeigenschaften benötigt (z. B. Löslichkeitsverhalten, Verhalten bei Verbrennen)

Dauer

ca. 4 Stunden

Beschreibung

Fast jeder Naturwissenschaftler kennt das Problem - ein unbeschriftetes Gefäß mit einer unbekannten Substanz steht im Regal und niemand kann sich daran erinnern, mit was das Gefäß befüllt wurde - ärgerlich! Doch durch verschiedene Analysemethoden lässt sich meistens ermitteln, um welchen Inhalt es sich handelt.
In dem Modul "Unbekannten Substanzen auf der Spur - Die Qualitative Analyse 1.0" werden nun auch die jüngeren Schüler*Innen an die Problematik einer unbekannten Substanz herangeführt.
Dies erfolgt im Falle des vereinfachten Moduls für die Mittelstufe auf Basis der Stoffeigenschaften, wie sie im Unterricht an den Schulen gelehrt werden.
Wichtige Schlagworte sind hierbei pH-Wert, Leitfähigkeit, Brennbarkeit oder auch Wasserlöslichkeit. In einer theoretischen Einheiten werden diese Inhalte aufgegriffen, um bei den Schüler*Innen vorhandenes Wissen zu aktivieren und die Frustration der Überforderung so gering wie möglich zu halten, da die Lernstände oft heterogen ausgeprägt sind.
Danach werden die Schüler*Innen an eine Problematik herangeführt: In einer fiktiven kriminologischen Geschichte wird von einem Verbrechen berichtet und nur ein weißes Pulver kann aufschluss über den Täter geben. 7 Verdächtige mit weißen Pulvern stehen zur Auswahl und die Frage ist immer - wer war es?
Solche Mysteries wecken das Interesse und die Neugierde von Schüler*Innen und schaffen es, diese nachhaltig für naturwissenschaftliche Fächer zu begeistern, wenn der Spannungsbogen hochgehalten wird.
Im ersten experimentellen Schritt müssen die Schüler*Innen deswegen selbstständig erarbeiten, welche Substanzen die Verdächtigen bei sich tragen (Alalyse).
Dies erfolgt auf Basis der zuvor erarbeiteten/wiederholten Eigenschaften von Stoffen. Ist dies geschafft muss der Fall durch abschließende Vergleichanalysen (0-Probenmethodik) geklärt und ein Bericht (Protokollführung) verfasst werden.
Somit werden neben den experimentellen Kompetenzen auch die Selbstständigkeit und die Translation von erlerntem Wissen auf praktische Inhalte gefördert, um die Schüler*Innen auf diese Aufgabenfelder in der naturwissenschaftlichen Industrie , aufmerksam zu machen.

Unbekannten Substanen auf der Spur - Die Qualitative Analyse 2.0

Zielgruppe/Vorwissen

Inhaltsfeld 6 (Salze und Ionen) sollte schon behandelt worden sein.

Dauer

6-8 h

Beschreibung

Ist meine Halogenlampe wirklich ohne Quecksilber? Ist im Benzin blei? Ist in meinem Essen Gluten? All diese Fragen haben eins gemeinsam: "Was ist da drin?" - Diese Frage stellen sich nicht nur Naturwissenschaftler. Wollen wir dem Etikett nicht trauen, oder einfach nur kontrollieren ob das wirklich stimmt, so ist der Chemiker gefragt.
In dem Modul "Unbekannten Substanzen auf der Spur - Die Qualitative Analyse 2.0" werden Schüler*Innen an die Problematik einer unbekannten Substanz herangeführt. Sie lernen zunächst in einer Art Stationenlernen, wie die einzelenen Kationen und Anionen aus gängigen, ungiftigen Salzen nachgewiesen werden können. Dabei werden allgemeine Vorschriften eingesetzt, aus denen die Schüler*Innen sich Material und Aufbau selbstständig erarbeiten müssen, sodass hier eine Planungs- und Organisationsphase vorangeht, in der die Schüler*Innen ihre Kompetenzen unter Beweis stellen sollen.
Nachdem alle Nachweise erbracht wurden und die Positivkontrollen erfolgreich gelernt wurden, werden die Vorschriften entfernt, sodass die Schüler*Innen sich nun auf ihre Protokollführung verlassen müssen.
Diese stellt auch im Berufsalltag eine Herausforderung für viele angehende Naturwissenschaftler dar und soll deswegen früh methodisch erlernt werden.
Im folgenden Abschnitt erhalten die Schüler*Innen eine Blindprobe und dürfen erneut alle Versuche machen um herauszufinden, welches Salz in ihrer Probe enthalten ist. Hierbei werden auch einige Experimente negativ enden, sodass die Frustrationstoleranz der Schüler*Innen erprobt und ein oft fälschlicher Eindruck der Schulexperimente vorsichtig korrigiert wird.
In der Forschung führen nur wenige Experimente zu dem, was der Forscher erwartet zu sehen und an diese Problematik sollen die Teilnehmer mit dem gewählten Aufbau herangeführt werden. Im Abschluss ist erneut die Kommunikationskompetenz gefragt, indem die Schüler*Innen ihre Teamentscheidungen allen mitteilen und mit einem positiven Bericht über ihren Weg ins Ziel aus dem Labor gehen.

Käfer, Quallen und OLED TV - Lumineszenz erobert die Welt

Zielgruppe/Vorwissen

Klasse 9 - 11

Dauer

6-8 h

Beschreibung

Eine dunkle Umgebung kann in völliger Stille betrachtet werden, bis plötzlich ein helles Licht wie aus dem nichts auftaucht. Ob Quallen in der Tiefsee oder Leuchtkäfer im Wald, durch ihre eigene Lumineszenz werden sie auch in völliger Dunkelheit sichtbar. Dieses Prinzip des kalten Lichts machen sich auch Elektronik Hersteller zu nutzen und entwickeln ihre Bildschirme stetig weiter.
In dem Modul "Käfer, Quallen und OLED TV - Lumineszenz erobert die Welt" wird der chemische Hintergrund des kalten Lichts durch Lumineszenz erläutert und thematisch von ähnlichen Phänomenen wie der Fluoreszenz oder der Phosphoreszenz abgegrenzt. Neben klassischen Reaktionen lernen die Schüler*Innen auch biologische, natürliche Lumineszenz kennen und vergleichen diese mit aktuellen Anwendungen.
Chemie wird für Schüler*Innen meistens interessant, wenn es knallt, explodiert oder leuchtet. Dieses spezifische Interesse macht sich das CheERs! Team in diesem Modul zunutze.
Über natürliche Beispiele (Quallen, Fische, Käfer) wird das Phänomen der Lumineszens mithilfe eines Modellversuchs erläutert und die Chemie hinter dem Leuchten erklärt. Dabei verwandeln sich die Schüler*Innen in Experten, die ihr Fachgebiet auf einer fiktiven Konferenz vertreten müssen, sodass wichtige Präsentationsmethoden, die in vielen Berufen wichtig sind bereits abgefragt werden.
Nachdem das Phänomen Lumineszenz erläutert und von den ähnlichen Lichtreaktionen wie Phosphoreszenz und Fluoreszenz abgegrenzt ist, folgt die Überleitung in den modernen Bereich.
Wie funktionieren unsere Fernseher und LED Lampen?
In vielen energiesparenden Geräten kommt die Lumineszenz zum Einsatz, nur weiß dies fast niemand. Im selbststädigen Lernen werden die Schüler*Innen hier mit modernster Technik konfrontiert und lernen, wie Struktur und Funktion zusammenhängen. Durch das eigenständige Arbeiten ohne direkte Vorschrift müssen die Schüler*Innen in Teams zusammenwachsen und die Informationen ihrer Gruppe mit anderen Teilen, damit sich nach und nach ein Gesamtbild aus Mosaiksteinen ergibt, dass letztlich zur Erkenntnis über die Funktionsweise unserer Technik führt.












Kontakt:
Daniel Krause
Worringer Weg 2
52074 Aachen
Gebäude: 5382
Raum: 38B034 (Schülerlabor)
Raum: 38B036 (Büro)
Tel.: 0241 - 80 24845
E-Mail.: cheers@rwth-aachen.de



Unsere Partner und Unterstützer:
LeBiAC gefördert vom Bundesministerium für Bildung und Forschung Zukunft durch Innovation
"Gemeinsam verschieden sein in einer digitalen Welt - Lehrerbildung an der RWTH Aachen" (LeBiAC) wird im Rahmen der gemeinsamen "Qualitätsoffensive Lehrerbildung" von Bund und Ländern aus Mitteln des Bundesministeriums für Bildung und Forschung unter dem Förderkennzeichen 01JA1813 gefördert.

· Letzte Änderung: 19.09.2019 16:15 Uhr