Schülerexperimente - Hamburg · 2013. 3. 12. · 3.Experimentieren Erforschen Erkunden 4.Beobachten Messen Protokollieren 5.Diskutieren Interpretieren 6.Modellbildung Mathematisierung

Landesinstitut für Lehrerbildung und Schulentwicklung • www.li-hamburg.de

Schülerexperimente

NATEX: Aus Pisa lernen Kompetenzförderung durch experimentelle Aufgaben

LI-Titel 20.10.2006 3:44 Uhr Seite 1

1. Vorwort . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3

2. Kompetenzbereiche und KMK-Standards . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4

3. Kompetenzförderung und Entwicklung von experimentellen Aufgaben . . . . 6

3.1 Aufgabe: Gasentwicklung von Brausetabletten

(„Brausetabletten – Düsenantrieb und Vitaminpower ...“) . . . . . . . . . . . . . 7

Fragen an die Natur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8

Niveaustufen der Schülerantworten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10

3.2 Aufgabe: Wer rastet, der rostet? („Ros(t)ige Zeiten...“) . . . . . . . . . . . . . . . 16

Fragen an die Natur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17


3.3 Aufgabe: Kunterbunte Pflanzenfarben

(„Indikatorfarbstoffe als Detektive“) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23



3.4 Aufgabe: Zucker und Salz – Zwillinge? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32



4 Der Wettbewerb NATEX in Hamburg . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44

4.1 Entwicklung des Wettbewerbs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44

Wie läuft`s? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45

4.2 Die bisherigen Aufgaben des Wettbewerbs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45

Aufgabendeckblätter der bisherigen Aufgaben . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46

5. Literaturverzeichnis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55

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Inhalt

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Herausgeber: Freie und Hansestadt HamburgBehörde für Bildung und Sport

Landesinstitut für Lehrerbildung und Schulentwicklung,Felix-Dahn-Str. 3, 20357 Hamburg

Redaktion: Marlon Körper, Michael Plehn, Rainer Wagner (Landesinstitut, Arbeitsbereich Chemie)

NATEX-Team: Rainer Wagner (Projektkoordination, Tel. 040-42801-2385; Labor: - 3571; E-Mail: [email protected])

Biologie: Willi Kössler (†), Klaus Ohrner, Olaf SchmidtChemie: Claudia Körper, Marlon Körper, Rainer WagnerPhysik: Christian Kleinert, Oliver Liebenburg, Markus Ziebegk

Layout: Tobias Emskötter

Auflage: 3.000 Exemplare

Hamburg, September 2006

Impressum

Ziel dieser Handreichung ist die Darstellungeines auf Kompetenzförderung ausgerichtetenAnsatzes der Entwicklung experimentellerAufgaben für den naturwissenschaftlichenUnterricht.

Anhand einiger bearbeiteter Aufgaben ausdem Hamburger Wettbewerb NATEX wirdnicht nur exemplarisch ausgeführt, wie Kom-petenzen als Kriterien der Aufgabenent-wicklung genutzt werden können, sondernauch, wie eine Reihe unterschiedlicher Kom-petenzen anhand eines naturwissenschaft-lichen Inhalts bzw. einer einzigen NATEX-Aufgabe gefördert werden können.

Dabei wird, wie die Ergebnisse zeigen, dasim Unterricht erworbene Wissen anwen-dungsfähig und das auf die Naturwissen-schaften bezogene Interesse der Schülerinnenund Schüler geweckt oder gefördert.

Bei der Konzeption der vorliegenden Auf-gabensammlung ist aus aktuellem Anlass – und gewissermaßen als Konsequenz aus denErgebnissen von PISA – in zentralen Aspektenauf die von der KMK verabschiedeten Bil-

dungsstandards Bezug genommen worden.Einige der bisherigen NATEX-Aufgaben

wurden exemplarisch didaktisch aufgearbei-tet. Die ursprünglichen NATEX-Aufgaben fin-den Sie im Anhang. Da die Antworten derSchülerinnen und Schüler zu den NATEX-Aufgaben ergeben haben, dass für viele Schü-lerinnen und Schüler einige Teilaufgaben zuschwierig waren, wurden Maßnahmen zurBinnendifferenzierung angegeben. Damit sollerreicht werden, dass für alle Schülerinnenund Schüler eine Beschäftigung mit den bis-herigen Aufgaben und das Finden einer Lö-sung ermöglicht wird.

Die Handreichung setzt die Tradition desArbeitsbereiches Chemie am Landesinstitutfür Lehrerbildung und Schulentwicklung fort,experimentelle Aufgaben zu entwickeln.

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VorwortSehr geehrte Damen und Herren!

Im Nachfolgenden werden exemplarisch dieKMK-Bildungsstandards im Fach Chemie fürden Mittleren Schulabschluss beschrieben.Die Standards in den Fächern Biologie undPhysik entsprechen weitestgehend den Stan-dards in der Chemie. Fachspezifische Unter-schiede können gegebenenfalls in den Be-schlüssen der Kultusministerkonferenz vom16.12.2004 nachgelesen werden.

Die Bildungsstandards für den MittlerenSchulabschluss der Biologie, Chemie undPhysik ordnen Kompetenzen den folgendenBereichen zu:

• Fachwissen (F)• Erkenntnisgewinnung (E)• Kommunikation (K)• Bewertung (B)

Im Kapitel 3 werden die insgesamt vierKompetenzbereiche anhand von NATEX-Auf-gaben beschrieben. Der Kompetenzbereichexperimentelle Erkenntnisgewinnung (E)wurde bewusst in den Mittelpunkt gestellt,um zu zeigen, wie man Aufgaben zurexperimentellen Erkenntnisgewinnung ent-wickeln kann und um rechtzeitig darauf auf-merksam zu machen, dass experimentelleAufgaben im Rahmen von Aufgabensamm-lungen eine herausragende Bedeutung fürden naturwissenschaftlichen Unterricht ha-ben. Sie sollten sich sowohl in Lernaufgabenals auch in Prüfungsaufgaben wiederfinden!

KMK-Standards

Kompetenzbereich Fachwissen (F)Chemische Phänomene, Begriffe, Gesetzmäßig-keiten kennen und Basiskonzepten zuordnen

Die Standards für den KompetenzbereichFachwissen werden nach den folgenden Basis-konzepten gegliedert:• F1 Stoff-Teilchen-Beziehungen (Teilchen-

konzept)1: • F1.1 Die Schülerinnen und Schülernennen und beschreiben bedeutsameStoffe mit ihren typischen Eigen-schaften

• F2 Struktur-Eigenschafts-Beziehungen(Struktur-Eigenschafts-Konzept)

• F3 Chemische Reaktion (Donator-Ak-zeptor-Konzept und Gleichgewichts-konzept)• F3.1 Die Schülerinnen und Schülerbeschreiben Phänomene der Stoff- undEnergieumwandlung bei chemischenReaktionen

• F4 Energetische Betrachtung bei Stoffum-wandlungen (Energiekonzept)2

Kompetenzbereich Erkenntnisgewinnung (E)Experimentelle und andere Untersuchungs-methoden sowie Modelle nutzen

Die Schülerinnen und Schüler ...• E1 erkennen und entwickeln Fragestellun-

gen, die mit Hilfe chemischer Kennt-nisse und Untersuchungen, insbe-sondere durch chemische Experimentezu beantworten sind

• E2 planen geeignete Untersuchungen zur Überprüfung von Vermutungenund Hypothesen

• E3 führen qualitative und einfache quantitative experimentelle und andereUntersuchungen durch und protokol-lieren diese

• E4 beachten beim ExperimentierenSicherheits- und Umweltaspekte

• E5 erheben bei Untersuchungen, insbe-sondere in chemischen Experimenten,relevante Daten oder recherchieren sie

• E6 finden in erhobenen oder recherchier-ten Daten Trends, Strukturen undBeziehungen, erklären diese und zie-hen geeignete Schlussfolgerungen

• E7 nutzen geeignete Modelle (z.B. Atom-modelle, Periodensystem der Elemen-te), um chemische Fragestellungen zubearbeiten

• E8 zeigen exemplarisch Verknüpfungenzwischen gesellschaftlichen Entwick-lungen und Erkenntnissen der Chemieauf.

Kompetenzbereich Kommunikation (K)Informationen sach- und fachbezogen erschlie-ßen und austauschen

Die Schülerinnen und Schüler ...• K1 recherchieren zu einem chemischen

Sachverhalt in unterschiedlichen Quel-len

• K2 wählen themenbezogene und aussage-kräftige Informationen aus

• K3 prüfen Darstellungen in Medien hin-sichtlich ihrer fachlichen Richtigkeit

• K4 beschreiben, veranschaulichen oder er-klären chemische Sachverhalte unterVerwendung der Fachsprache und/oder mit Hilfe von Modellen und Dar-stellungen

• K5 stellen Zusammenhänge zwischen che-mischen Sachverhalten und Alltagser-scheinungen her und übersetzen dabei

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2. Kompetenzbereiche und KMK-Standards

1 Die Unterpunkte (F 1.1 usw.) werden nur im Hinblick auf die folgenden NATEX-Aufgaben berücksichtigt. 2 Die Begriffe in den Klammern entsprechen denen des Hamburger Rahmenplans.


bewusst Fachsprache in Alltagsspracheund umgekehrt

• K6 protokollieren den Verlauf und diechemischen Ergebnisse von Unter-suchungen und Diskussionen in ange-messener Form

• K7 dokumentieren und präsentieren denVerlauf und die Ergebnisse ihrer Arbeitsituationsgerecht und adressatenbezogen

• K8 argumentieren fachlich korrekt undfolgerichtig

• K9 vertreten ihre Standpunkte zu chemi-schen Sachverhalten und reflektierenEinwände selbstkritisch

• K10 planen, strukturieren, reflektieren undpräsentieren ihre Arbeit als Team.

Kompetenzbereich Bewertung (B)Chemische Sachverhalte in verschiedenen Kon-texten erkennen und bewerten

Die Schülerinnen und Schüler...• B1 stellen Anwendungsbereiche und Be-

rufsfelder dar, in denen chemischeKenntnisse bedeutsam sind

• B2 erkennen Fragestellungen, die einenengen Bezug zu anderen Unterrichts-fächern aufweisen und zeigen diese Be-züge auf

• B3 nutzen fachtypische und vernetzteKenntnisse und Fertigkeiten, um le-benspraktisch bedeutsame Zusammen-hänge zu erschließen

• B4 entwickeln aktuelle, lebensweltbezoge-ne Fragestellungen, die unter Nutzungfachwissenschaftlicher Erkenntnisseder Chemie beantwortet werden kön-nen

• B5 diskutieren und bewerten gesell-schaftsrelevante Aussagen aus unter-schiedlichen Perspektiven

• B6 binden chemische Sachverhalte in Pro-blemzusammenhänge ein, entwickelnLösungsstrategien und wenden diesean.

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Beim Entwickeln der Aufgaben waren nach-folgende Aspekte zu berücksichtigen:• Besitzt die Aufgabe aufgrund ihres Kon-

textes Merkmale, die für die Schülerinnenund Schüler interessant und motivierendsind?

• Welche Kompetenzen werden beim Lösender Aufgabe vorwiegend gefördert?

Es wird beschrieben, wie Kompetenzen alsKriterien der Aufgabenentwicklung genutztwerden können.• Im Mittelpunkt der nachfolgenden Aufga-

ben steht der Kompetenzbereich experi-mentelle Erkenntnisgewinnung (E), wobeiallerdings durchaus auch andere Kompe-tenzen angesprochen sein können, dieseaber vergleichsweise einen geringeren Stel-lenwert haben und daher in der Regelnicht hervorgehoben werden.

• Welches Wissen und welche Materialenbenötigen die Schülerinnen und Schülerzum Lösen dieser Aufgabe?

• Möglichkeiten zur Binnendifferenzierung.

Die nachfolgenden Aufgabenstellungen indiesem Kapitel sind als Hilfe für Lehrkräfte ge-

dacht. Aufgaben, die Schülerinnen und Schü-ler in der Schule bearbeiten, sollten dagegenmöglichst offen sein; sofern zu Hause experi-mentiert wird, sind in der Regel detailliertereFragestellungen und Versuchsanleitungennotwendig (s. a. NATEX-Aufgabenblätter imAnhang ).

Die parallel zu den Aufgabenstellungenaufgeschlüsselten Kompetenzen sind gegebe-nenfalls auch für Schülerinnen und Schülergeeignet, um ihre erworbenen Fähigkeiten zuüberprüfen. Es bietet sich an, derartige Komp-etenzanalysen ebenso wie Urkunden aus demNATEX-Wettbewerb in Portfolios zu über-nehmen.

Die Ausführungen zu den einzelnen Auf-gaben erheben keinen Anspruch auf Vollstän-digkeit; sie berücksichtigen lediglich die vonden Schülerinnen und Schülern am häufig-sten bearbeiteten Aspekte.

In den folgenden Beispielen wird zu Be-ginn eine Kompetenzleiste (F, E, K, B) aufge-führt, in der die für die Aufgaben besonderswichtige Kompetenz (hier vorwiegend E) fettdargestellt wird.Eine andere Form der Darstellung ist dieSpinnennetz-Methode3.

6

3. Kompetenzförderung und Entwicklung von experimentellen Aufgaben

7.RecherchierenKommunizieren

1.VergleichenOrdnenKlassifizieren

2.VermutenÜberprüfenHypothesenbildung

3.ExperimentierenErforschenErkunden

4.BeobachtenMessenProtokollieren

5.DiskutierenInterpretieren

6.ModellbildungMathematisierung

Die Darstellung verbindet die verschiedenen Formen des naturwissenschaftlichen Arbeitensmiteinander und macht die besondere Ausprägung des Experimentierens (Erforschen,Erkunden) und des Beobachtens (Messen, Protokollieren) deutlich.

Diese Methode dient hier der grafischen Darstellung der Ausprägung der Kompetenzen; siekann aber auch ein Analyse-Instrument für die Akzentsetzungen des Unterrichts sein:

3 Lutz Stäudel, Naturwissenschaftliches Arbeiten, S. 19, Friedrich Verlag, 2004


Vorschläge zur Binnendifferenzierung:Bei Bedarf sollte eine Tabelle zur Löslichkeit von Gasen in Wasser bereitgestellt werden:

Name des Gases Maximale Löslichkeit bei 20°C [g /L]

Kohlenstoffdioxid ca. 1,7Sauerstoff 0,044Stickstoff 0,019

Materialien für praktisches Arbeiten Materialien für die Zusatzaufgabe

• Bechergläser, pneumatische Wanne o.ä. • Film- oder Brausetablettendosen• Stand- oder Messzylinder, Reagenzgläser o.ä. • Düsen z. B. Ventile, Trinkhalme o.ä. • Luftballons • Styropor o. ä.• Brausetabletten• Stoppuhr• Kerzen

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Aufgabenstellung

1.Plane Experimente, um das Gas zu identifi-zieren und führe diese durch!

2.Eine, zwei oder drei Brausetabletten werdennacheinander in Wasser gelöst. Plane dazuein Experiment, um das entstehende Gas-volumen möglichst genau zu bestimmenund führe dieses im Anschluss durch!

3.Entwickel eine begründete Vermutung zuüberraschenden Beobachtungen, diskutiereund interpretiere diese!

Zusatzaufgabe:Baue ein Raketenboot mit Düsenantrieb!

KompetenzenDie Schülerinnen und Schüler ...

nennen und beschreiben typische Eigen-schaften (F1.1)erkennen und entwickeln Fragestellungen(E1)planen geeignete Untersuchungen zurÜberprüfung von Hypothesen (E2)führen qualitative Experimente durch undprotokollieren diese (E3)beachten Sicherheitsaspekte (E4)

planen geeignete Untersuchungen zurÜberprüfung von Hypothesen (E2)führen quantitative Experimente durch undprotokollieren diese (E3)beachten Sicherheitsaspekte (E4)veranschaulichen chemische Sachverhalte mitHilfe von Darstellungen (K4)

protokollieren den Verlauf und die Ergebnisse(K6)argumentieren fachlich korrekt und folge-rich-tig (K8)vertreten Standpunkte und reflektieren selbst-kritisch (K9)planen, strukturieren, reflektieren und präsen-tieren ihre Arbeit (K10)

nutzen fachtypische und vernetzte Kenntnisseund Fertigkeiten, erschließen Zusammen-hänge (B3)binden chemische Sachverhalte in Problemzu-sammenhänge ein, entwickeln Lösestrategienund wenden diese an (B6)

3.1 Aufgabe: Gasentwicklung von Brause-tabletten

Aufgabe zur Förderung der Kompetenzen: Erkenntnisgewinnung und Kommunikation

Brausetabletten –Düsenantrieb und Vitaminpower

Aufgabe: Gasentwicklung von Brausetabletten

Kompetenzen: F E K B

Kontext: In der kalten Jahreszeit versuchenwir unsere Abwehrkräfte mit Vita-minen aus Obst und Brausetablet-ten zu stärken.Dabei können wir das Auflösen ei-ner Brausetablette beobachten und– natürlich – genauer untersuchen!

Weitere mögliche Fragen:

• Welche Bestandteile der Brausetablette(siehe Packungshinweise) sind für die Gas-entwicklung verantwortlich?

• Ist die Brausetabletten-Lösung sauer?Welcher Bestandteil ist für die „Sauerkeit“verantwortlich?

• Wie unterscheiden sich die verschiedenenBrausetabletten?

• Welche Gasmengen entstehen bei derAuflösung von Tabletten verschiedenerHersteller? usw.

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Fragen an die Natur

Was passiert bei Eingabevon Brausetabletten inWasser?

Welches Gas (welcheGase) entstehen?

Entsteht immer gleich vielGas?

Hängt die entwickelte,aufgefangene Gasmengevon der Wassertemperaturab?

Wieviel Gas bildet sichbeim Auflösen von 1, 2, 3Tabletten?

Bildet sich gleichviel Gasbeim gleichzeitigen bzw.sukzessiven Auflösen von 2Tabletten?

Erfolgt die Gasentwicklunggleichmäßig oder zeitlichunterschiedlich?

Hängt die Gasentwicklungzeitlich vom Zertei-lungsgrad der Tablette ab?

Hypothese

Die Brausetablette löst sichauf; es bildet sich ein Gas(mehrere Gase).

Bei den entstehendenGasen handelt es sich umSauerstoff, Stickstoff, Koh-lenstoffdioxid.

Die entwickelte Gasmengeist immer gleich.

Je wärmer das Wasser ist,desto mehr Gas entwickeltsich.

Das Gasvolumen verdoppeltbzw. verdreifacht sich.

Die Gasmenge bleibt gleich.

Die Gasentwicklung erfolgtzeitlich gleichmäßig.

Eine zerkleinerte Tabletteentwickelt schneller Gas alseine ganze Tablette.

A

B

C

D

E

F

G

H

Experiment

Zugabe einer Brausetablette inein großes, mit ausgekochtemWasser gefülltes Glas.

Überprüfung der Gase miteiner Kerze, der Glimmspan-probe, mit Kalkwasser.

Auffangen des Gases in einemGlas mit Volumenmarkierun-gen, mehrere Durchführungenund Vergleich der Volumina.

Wiederholung der Versuchebei verschiedenen Wasser-temperaturen.

Durchführung des Versuchesmit 1, 2, 3 Tabletten.

Durchführung des Versuchesmit gleichzeitigem bzw. suk-zessivem Auflösen von 2Tabletten.

Wiederholung des Versuchs:Messung von Volumen inAbhängigkeit von der Zeit.

Wiederholung des Versuchsmit zerkleinerter Tablette.

Je nach Leistungsstand der Schülerinnen undSchüler können Beobachtungen zum Gas-volumen in Tabellenform oder als Diagrammvisualisiert und kritisch reflektiert werden.

Leistungsschwache Schülerinnen und Schü-ler sollten auf die Lösung der Teilaufgabe 3verzichten, aber dafür Hilfestellung zur Reali-

sierung der Zusatzaufgabe „Bau eines Bootesmit Düsenantrieb“ erhalten.

Im Zusammenhang mit der Aufgabe bietetes sich an, nachfolgende Fragen an die Naturzu stellen:

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Protokollieren der Ver-suchsergebnisse (Tabellen,Diagramme usw.)

zu A

zu B

zu C

zu D

zu E

zu F

zu G

zu H

Versuchsergebnisse

Nach Zugabe der Tablette zu Wasser steigen Blasen auf.

Die Kerzenflamme erlischt.Die Glimmspanprobe verläuft negativ.Kalkwasser wird getrübt.

Die entwickelte Gasmenge ist etwa gleich.

Bei höherer Wassertemperatur ist die aufgefangene Gasmengegrößer.

Es entsteht bedeutend mehr als das doppelte bzw. dreifacheGasvolumen.

Beim gemeinsamen Auflösen von 2 Tabletten wird etwas mehrGas aufgefangen.

Die Gasentwicklung verläuft ungleichmäßig. Zunächst wirdwenig Gas aufgefangen. Nach einiger Zeit nimmt dasGasvolumen stark zu.

Eine zerkleinerte Tablette entwickelt schneller Gas als eineganze Tablette.

Diskutieren, Interpretierender Versuchsergebnisse

zu A

zu B

zu C

zu D

zu E

zu F

zu G

zu H

Bei Zugabe einer Tablette zu Wasser bildet sich ein Gas (chemi-scher Vorgang). Brausetabletten enthalten meist Citronensäure.

(NaHCO3 + H+(aq) � 2 Na+ + H2O + CO2�)

Die stärkere Säure (Citronensäure) vertreibt die schwächereSäure („Kohlensäure“)

Die positive Kalkwasser-Probe und das Erlöschen der Kerzen-flamme weisen auf Kohlenstoffdioxid hin.( Ca(OH)2 + CO2 � CaCO3 + H2O )Bei Entwicklung von Sauerstoff müsste die Glimmspanprobepositiv verlaufen. Das Verlöschen der Kerzenflamme könnte auch durch Stickstoffverursacht werden. Das Verhandensein von Stickstoff kannweder belegt noch ausgeschlossen werden.

Alle Tabletten enthalten etwa die gleiche Menge an gebunde-nem Kohlenstoffdioxid.

Ein Teil des Gases löst sich im Wasser (physikalischer Vorgang).Die Löslichkeit der Gase nimmt bei höheren Wasser-temperaturen ab, daher wird mehr Gas ausgetrieben.

Kohlenstoffdioxid wird zunächst bis zur Sättigung in Wassergelöst. Die überschüssige Gasmenge steigt aus dem Wasser aufund wird aufgefangen. Aufgrund dieser Sättigung entwickeltsich aus 2 (3 ) Tabletten mehr als das doppelte (dreifache)Volumen.

Kohlenstoffdioxid (1. Tablette) verdrängt einen Teil desWassers. Das verminderte Volumen des Wassers beeinflusst dasErgebnis.

Die Volumen-Zeit-Messung bestätigt G. Zunächst löst sich dasKohlenstoffdioxid bis zur Sättigung im Wasser, so dass wenigGas aufgefangen wird. Würde auch Stickstoff freigesetzt wer-den, müsste dieser Effekt aufgrund der geringen Löslichkeitvon Stickstoff in Wasser abgeschwächt sein. Nach erfolgterSättigung steigt das aufgefangene Gasvolumen stark an.

Eine zerkleinerte Tablette entwickelt aufgrund der vergrößertenOberfläche schneller Gas.

Niveaustufen der Schülerantworten

Niveaustufen der Fragen:

Beispiele:

Niedriges Niveau:Viele Schülerinnen und Schüler entwickelnkeine Fragen nach den Hintergründen derVersuche. Es wird nur teilweise auf die im Auf-gabenblatt gestellten Fragen eingegangen.

Hohes Niveau:

(aus dem Schülerprotokoll, Schüler, 5. Klasse)

Der Schüler entwickelt – beachtlich für dieKlassenstufe – eigenständig Fragen, die überdie ursprüngliche Aufgabenstellung hinausge-hen. So macht er sich zu Recht Gedanken, obdie Größe des Versuchsgefäßes, die Wasser-menge und die Tabletten unterschiedlicherHersteller eine Rolle spielen.

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Niveaustufen der Hypothesen:

Niedriges Niveau:Auffällig ist, dass viele Schülerinnen undSchüler unabhängig von der Klassenstufezwar gute Fragestellungen entwickeln, aberkeine Vorhersagen („Hypothesen“) über diezu erwartenden Versuchsergebnisse anstellen.

Hohes Niveau:

(aus dem Schülerinnenprotokoll)

Die Schülerin (5. Klasse) vermutet zu Recht,dass sich beim naturwissenschaftlichen Arbei-ten die 1. Annahme oft als falsch herausstellt.Erstaunlich ist, dass sie nicht nur über eineVolumenzunahme („mehr als das Doppelte“)nachdenkt, sondern auch zu einer richtigenDeutung („lösen“) kommt. Auch für das Auf-lösen der 3. Tablette entwickelt sie eineschlüssige Hypothese.

Niveaustufen der experimentellen Lösungen:

Niedriges Niveau:

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Brausetablette

Völlig mit Wasser gefülltes Glas mit aufgemaltenMarkierungen

Mit Wasser gefülltes großes Glas(aus dem Schülerprotokoll)

Der Schüler (6. Klasse) macht sich offen-sichtlich keine Gedanken darüber, wie er dasGefäß mit der Brausetablette in das größereGlas ohne Wasser- und Gasverlust überführenkann.

Einige Schülerinnen und Schüler erwäh-nen immerhin, dass sie das kleinere Glas mitihrer Innenhandfläche verschlossen und sehrschnell in das größere Gefäß gestellt haben.

Andere sind auf die Idee gekommen, dieLuft im kleineren Glas nach dem Einstellen indas größere Gefäß mit einem Strohhalm abzu-saugen, wobei Wasser einströmen sollte. Diesist nur ansatzweise gelungen.

Einige Jugendliche beschreiben das Experi-ment ohne dass deutlich wird, wie das kleine-re Gefäß ohne Verluste in das größere ge-bracht wurde. Andere Experimentatorenklammern das Problem ganz aus, verzichtenauf die Bestimmung der Gasvolumina und be-schränken sich auf qualitative Beobachtun-gen in einem Glas.

Hohes Niveau:

(aus dem Schülerprotokoll: 1=Rundkolben,2=Gummischlauch,3=Messzylinder, 4=Glaswanne,5= Stativ zur Befestigung)

Die beiden Schüler (6. Klasse) entwickelnzunächst mit Hilfe einer Chemiesammlungeine etwas komplizierte Apparatur und doku-mentieren diese mit einem Foto. Dabei stell-ten sie durch Experimente fest, dass es Proble-me mit der Abschätzung der Luftmengen imgroßen Rundkolben und in den langen Gum-mischlauchverbindungen gibt. Daher modifi-zierten sie ihren Aufbau, in dem sie versuch-ten, die Luft vor Beginn des Experimentes mitHilfe eines Kolbenprobers abzuziehen. Schließ-lich konzipierten sie eine 2. Apparatur, mitder die Luftmenge minimiert wurde. Gleich-zeitig rückten sie von der unübersichtlichenDokumentation durch ein Foto ab und fan-den eine einfachere Darstellungsform.

(aus dem Schülerprotokoll)

Niveaustufen der Dokumentation der quanti-tativen Versuchsergebnisse:

Niedriges Niveau:Einige Schülerinnen und Schüler haben ihreVersuchsergebnisse zum Teil unübersichtlichin eine reine Textform gebracht.

Hohes Niveau:Ein höheres Maß der Dokumentations-fähigkeit (Lesekompetenz: Umgang mit nicht-kontinuierlichen Texten) stellt die Erfassungvon Daten in Tabellenform dar. Zu dieserForm haben sich die meisten Schülerinnenund Schüler entschlossen.

Tabelle 1 Gasentwicklung bei einer Wassertemperaturvon 16 Grad C

Zahl der Tabletten 0,5 1 2

Gesamtvolumen (mL) 25 73 206

Gasvolumen, 50 73 100welches sich daraus theoretisch für 1 Tablette ergäbe


Die beiden Schüler (6. Klasse) haben die ur-sprüngliche Aufgabenstellung dadurch erwei-tert, dass sie auch mit einer halben Tablettearbeiten. Beachtenswert ist auch, dass sie dietheoretischen Gasvolumina berechnet haben,so dass die Diskrepanz zwischen theoreti-schen und tatsächlichen Versuchsergebnissenbesonders deutlich wird. Allerdings machendie Jugendlichen einen Gedankensprung, in-dem sie zwar die Ergebnisse für eine halbeTablette zur Bezugsgröße (eine Tablette) ver-doppeln (von 25 zu 50 mL), andererseits inihrer Berechnung für zwei Tabletten von die-sem Weg abgehen (4 mal 25=100 mL anstellevon 103 mL).

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Obige Schüler bringen ihre Versuchser-gebnisse auch in ein Kurvendiagramm, wo-durch der Anstieg der Gasvolumina besondersdeutlich wird.

Sinnvoll wäre es auch gewesen, die theore-tisch errechneten Werte in obige Grafik zumVergleich einzutragen.

Grafik zur Tabelle 1, ergänzt durch die Kurvefür die theoretisch errechneten Volumina ( - - - )

Eine weitere, noch anspruchsvollere Form dergrafischen Darstellung stellen zum BeispielSäulendiagramme dar.

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Versuchsergebnisse in Tabellenform

Versuchsergebnisse für die Magnesiumbrausetabletten inForm eines Säulendiagramms

Die drei Schüler (9. Klasse) zeichnen nicht nur ein Säulendiagramm für die Voluminaent-wicklung von einer und zwei Tabletten sondern berücksichtigen im gleichen Diagramm auchnoch unterschiedliche Reaktionstemperaturen; dies stellt einen noch höheren Grad an Ab-straktionsvermögen dar.

150 400 500 600

1 Tablette

2 Tabletten

700

600

500

400

300

200

100

0

Tablettentyp Anzahl der Wasser- Freigesetzte Tabletten temperatur Gasmenge

Magnesium 1 150 10 mLMagnesium 2 150 90 mLMagnesium 1 400 152 mLMagnesium 2 400 225 mLMagnesium 1 500 175 mLMagnesium 2 500 400 mLMagnesium 1 600 250 mLMagnesium 2 600 610 mL

Niveaustufen der Schlussfolgerungen:

Niedriges Niveau:Einige Schülerinnen und Schüler bekommenzwar richtige Versuchsergebnisse (z. B. hin-sichtlich der Volumenzunahme), entwickelnaber keine Ansätze zur Deutung bzw. stellenwenig zwingende oder falsche Schlussfol-gerungen.


Die beiden Schüler (5. Klasse) bleiben in ih-rer Deutung mit dem Hinweis auf die„Konzentration der Reaktionsstoffe“ sehr va-ge. Allerdings entwickeln sie ihre Gedankenmit der Idee einer Verdopplung der Wasser-menge gut weiter.

Andere Schüler (6. Klasse) haben bereitsvon der Komprimierbarkeit von Gasen ge-hört, wenden diese aber falsch auf ihre Ver-suchsergebnisse an.


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Hohes Niveau:Die bereits oben erwähnte Schülerin (5. Klas-se) fand ihre ursprüngliche Vermutung durchdie experimentellen Ergebnisse vollständigbestätigt.


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3.2 Aufgabe: Wer rastet, der rostet?

Aufgabe zur Förderung der Kompetenzen:Erkenntnisgewinnung und Kommunikation

Wer rastet, der rostet?Ros(t)ige Zeiten ...

Aufgabe: Untersuchungen zum Rosten


Kontext: Ungeschützte Gegenstände aus Ei-sen, die man offen an der Luft lie-gen lässt, rosten innerhalb kurzerZeit. Jährlich verrosten weltweitetwa 300 Millionen Tonnen Eisen,ein Drittel der Weltjahresproduk-tion! Grund genug, das Rosten ein-mal näher zu untersuchen!

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Aufgabenstellung

1. Entwickle Versuchsanordnungen, mitdenen du überprüfen kannst, wie essich mit dem Rosten eines Eisen-nagels in verschiedenen Flüssigkeitenverhält (z. B. Leitungswasser, Cola,Salzwasser, Zitronensaft).

2. Untersuche, wie sich die Elastizitäteiner Kugelschreiberfeder beimRosten verändert. Teste dazu ihreLängenveränderung bei gleicher Be-lastung über einen längeren Zeit-raum des Rostens immer wieder.

3. Überprüfe, wie sich weitere Metalleunter den Bedingungen von Aufgabe1. verhalten (z. B. Aluminium, Kupfer,Zink, Zinn).

Zusatzaufgabe:Stelle Strategien zur Rostbekämpfung vor!

Kompetenzen

Die Schülerinnen und Schüler ...

- erkennen und entwickeln Fragestellungen (E1)- planen geeignete Untersuchungen zur Über-

prüfung von Hypothesen (E2)- beschreiben Phänomene der Stoff- und Energie-

umwandlung bei chemischen Reaktionen (F3.1)- führen qualitative Experimente durch und pro-

tokollieren diese (E3)- protokollieren den Verlauf und die Ergebnisse (K6)

- planen geeignete Untersuchungen zur Über-prüfung von Hypothesen (E2)

- führen quantitative Experimente durch undprotokollieren diese (E3)

- beschreiben Phänomene der Stoff- und Energie-umwandlung bei chemischen Reaktionen (F3.1)

- veranschaulichen chemische und physikalischeSachverhalte mit Hilfe von Darstellungen (K4)

- protokollieren den Verlauf und die Ergebnisse (K6)- führen qualitative Experimente durch und pro-

tokollieren diese (E3)- planen, strukturieren, reflektieren und präsentieren

ihre Arbeit (K10)

- recherchieren zu einem chemischen Sachverhalt inunterschiedlichen Quellen (K1)

- stellen Zusammenhänge zwischen chemischenSachverhalten und Alltagserscheinungen her undübersetzen dabei bewusst Fachsprache inAlltagssprache und umgekehrt (K5)

- binden chemische Sachverhalte in Problem-zusammenhänge ein (B6)

Vorschläge zur Binnendifferenzierung:

Für die Bearbeitung der 2. Aufgabe (Rosten einer Feder) sollte den leistungsschwachen Schüle-rinnen und Schülern der Hinweis auf das entsprechende Kapitel im Physikbuch gegeben werden.Entsprechend leistungsstarke Jugendliche können den 3. Versuch (Untersuchung mehrererMetalle) erweitern, indem sie verschiedene Metalle gleichzeitig in die Flüssigkeit tauchen.


• Bechergläser oder Reagenzgläser • Lexika• verschiedene alltägliche Flüssigkeiten • Chemiefachliteratur• Eisen und weitere Gebrauchsmetalle • Internet

Im Zusammenhang mit der Aufgabe bietet essich an, nachfolgende Fragen an die Natur zustellen:


• Was ist „Rost“?• Was versteht man unter Korrosion?• Wie kann man das Rosten verhindern?• Warum rostet verzinktes, verzinntes, ver-

chromtes oder mit Aluminium überzoge-nes Eisen nicht?

• Warum rostet verchromtes Eisen nacheiner Verletzung der Chromschicht stärkerals unverchromtes Eisen?

• Was rostet an meinem Fahrrad?• Was hat eine Taschenlampenbatterie mit

dem Rosten zu tun?• Warum läuft eine Taschenlampenbatterie

nach einiger Zeit aus?

A

B

C

D

E

F

G

H

I

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Fragen an die Natur

Welche Stoffe rosten?

Rosten alle Metalle?

Von welchen Bedingun-gen hängt das Rosten ab?

Beeinflusst die Temperaturdas Rosten?

Hängt das Rosten vomSalzgehalt des Wassers ab?

Hängt das Rosten von der„Sauerkeit“ („Säuregrad“,vergl. pH-Wert) ab?

Rostet ein unedles Metallauch in nichtwässrigenFlüssigkeiten?

Was passiert, wenn sichzwei unterschiedlicheMetalle in Wasser berüh-ren?

Wie verändert sich einemit einem Gewicht belas-tete Stahlfeder (z. B. auseinem Kugelschreiber)beim Rosten?

Hypothese

Nur Metalle rosten.

Nur unedle Metalle rosten.

Rosten ist von Wasser undder Luft abhängig.

Bei höherer Temperaturwird das Rosten beschleu-nigt.

Ein höherer Salzgehaltbeschleunigt das Rosten.

Säuren verhindern dasRosten, können aber zumTeil selbst mit dem Metallreagieren.

Nichtwässrige Flüssigkeitenverhindern das Rosten.

Das Rosten wird beschleu-nigt.

Die Feder wird durch dasRosten dünner und gibtdem Gewicht stärker nach,d.h. sie wird länger.

Experiment

Metalle (z. B. Eisennagel) undNichtmetalle (z. B. Plastik) inWasser legen.

Unedle Metalle (z. B. Eisen-nagel usw.) und andere Me-talle (z. B. Kupfer) in Wasserlegen.

Vergleich: Eisennagel in einem offenenGefäß in Wasser stellen bzw. inein bis zum Rand mit ausge-kochtem Wasser gefülltes, ver-schlossenes Glas legen.

Vergleich:Eisennagel in kaltem Wasser(Kühlschrank) bzw. in warmemWasser aufbewahren.

Eisennagel in Salzwasser legen.

Vergleich:Eisennagel in Leitungswasserbzw. in Zitronensäure (Safteiner Zitrone), stark verd.Salzsäure usw. legen.

Eisennagel in Cola, Brenn-spiritus (Alkohol) legen.

Vergleich: Zink/Eisen getrennt und ge-meinsam in Wasser bringen.

Mit Gewicht belastete Feder inWasser bringen, Federlängetageweise messen.

18


Protokollieren der Ver-suchsergebnisse (Tabellen,Diagramme usw.)

zu A

zu B

zu C

zu Dzu Ezu F

zu G

zu Hzu I

Versuchsergebnisse

Der Eisennagel fängt an zu rosten; das Plastikteilchen bleibtunverändert.Eisen fängt an zu rosten (Bildung einer bräunlichen Rostschicht);Kupfer bleibt unverändert.Der Eisennagel rostet (s. A); das Rosten tritt verstärkt an derGrenzfläche Wasser-Luft auf. In abgeschlossenem, ausgekochtenWasser tritt das Rosten nicht bzw. stark verzögert auf.In warmem Wasser verläuft das Rosten schneller.Der Eisennagel rostet schneller und stärker.Der Eisennagel in stark verd. Salzsäure rostet schneller. InZitronensaft ist dies nicht deutlich zu beobachten.Der Eisennagel rostet in Brennspiritus nicht, in Cola überzieht ersich mit einer dunklen Schicht.Das Rosten wird beschleunigt.Die Feder fängt an zu rosten und wird bei Belastung länger.

Diskutieren, Interpretierender Versuchsergebnisse

zu A

zu B

zu C

zu D

zu E

zu F

zu G

zu H

zu I

Eisen reagiert mit dem Wasser und der Luft; es wird oxidiertund rostet (Bildung von braunem Eisenoxidhydrat). Plastikwird von Wasser nicht angegriffen.

Eisen ist ein unedles Metall und fängt im Wasser an zu rosten.„Eisen-Rost“ bröckelt leicht ab, so dass das unter dem Rost lie-gende Eisen weiterrostet.Kupfer ist ein halbedles Metall, das sich im Wasser nicht verän-dert.Andere unedle Metalle (z. B. Aluminium, Zink, Zinn usw.) ros-ten auch; ihre Rostschicht haftet aber fest auf der Oberflächeund verhindert das Durchrosten.

Eisenpfähle von Brücken u.ä. rosten an der Wasseroberflächeam stärksten. Zum Rosten ist Wasser und Luft (Sauerstoff) not-wendig.

Chemische Vorgänge werden durch Erwärmung (s. Aktivie-rungsenergie) beschleunigt.

Salz (z. B. Kochsalz) begünstigt das Rosten. Salz erhöht dieLeitfähigkeit des Wassers, Chloridionen wirken als Katalysator.Metalle werden von Meerwasser (z. B. Schiffsrümpfe)besonders stark angegriffen.

Verdünnte Säuren begünstigen das Rosten, stärkere Säurenlösen unedle Metalle auf. Zitronensaft scheint das Rosten durch seine Inhaltsstoffe zuverhindern oder zu verzögern.

Brennspiritus enthält nur wenig Wasser, wodurch das Rostenverhindert bzw. stark verzögert wird. In Cola lagert sich beimVerdunsten vermutlich Karamelzucker auf dem Eisennagel ab,wodurch ein Rosten verhindert wird. Die in Cola enthaltenePhosphorsäure verhindert das Rosten (verg. Rostschutz durch„Phosphatierung“).

Wenn sich zwei verschiedenartige Metall berühren bildet sichein sogenanntes "Lokalelement", wobei es zum Rosten(Korrosion) kommt. Stellen, an denen sich zwei verschiedeneMetalle direkt unisoliert berühren (z. B. Zinkdachrinne –Kupferfallrohr, Aluminiumschraube in Messingblech, Stahl-Fahrradrahmen – Chromlack usw.) kommt es besonders leichtzur Korrosion.

Die Feder wird durch Rosten dünner, verliert ihre Spannkraftund gibt dem Gewicht stärker nach.



Beispiele:

Niedriges Niveau:Viele Schülerinnen und Schüler führen die imAufgabenblatt vorgegebenen Versuche durch,ohne sich mit einer gezielten Fragestellungdie Hintergründe ihre Experimente zu ver-deutlichen.

Hohes Niveau:

(aus den Schülerprotokollen: von oben nach unten:2 Schüler, 9. Klasse; 2 Schülerinnen, 10. Klasse; 2Schülerinnen, 10. Klasse; 1 Schülerin, 5. Klasse; 3Schülerinnen, 9. Klasse; 2 Schüler, 7. Klasse)

Die beiden Schüler (9. Klasse) entwickelnFragen, die sich aber noch sehr eng an denvorgegebenen Rahmen der Aufgaben halten.

Die beiden Schülerinnen (10. Klasse) deh-nen die ursprüngliche Fragestellung aufSeifenlauge als Gegensatz (Base/Säure) zumZitronensaft aus.

Die beiden Schülerinnen (10. Klasse) ha-ben altersgemäß offensichtlich Vorwissenüber Lokalelemente und erweitern daher fol-gerichtig ihre Versuche.

Die Schülerin (5. Klasse) geht aufgrund ih-rer Erfahrung davon aus, dass Wasser zumRosten notwendig ist und ergänzt ihre Frage-stellung sinnvoll auf möglichen Luft- undLicht-Einfluss, eine für die Klassenstufe be-achtenswerte Erweiterung.

Die drei Schülerinnen (9. Klasse) wollennicht nur im Sinne der Aufgabenstellung un-tersuchen, ob Salzwasser überhaupt einenEinfluss auf das Rosten hat, sondern erweiternihre Experimente naturwissenschaftlich ange-messen auf den Vergleich von Salzlösungenverschiedener Konzentration. Die beiden Schüler (7. Klasse) ergänzen die

Aufgabenstellung sinnvoll indem sie die ros-tende Feder mit unterschiedlichen Gewichtenbeschweren; interessant wäre es gewesen,wenn sie die Belastungsgrenze der Feder vorund nach dem Rosten untersucht hätten.


Niedriges Niveau:Auffällig ist, wie auch bei anderen Aufgaben,dass viele Schülerinnen und Schüler unab-hängig von der Klassenstufe zwar guteFragestellungen entwickeln, aber keine Vor-hersagen ("Hypothesen") über die zu erwar-tenden Versuchsergebnisse anstellen.

19


Hohes Niveau:

(aus den Schülerprotokollen: 1 Schüler, 5. Klasse; 3Schülerinnen, 9. Klasse; 2 Schüler (9. Klasse)

Die beiden Schüler (9. Klasse) erweiternihre Fragestellung sinnvoll auf die Oberflächeder Metalle; allerdings scheinen sie anzuneh-men, dass Stärke und Schnelligkeit („Reak-tionsgeschwindigkeit“) immer parallel verlau-fen.


Die experimentellen Ansätze differieren auf-gabenbedingt nicht wesentlich. Unterschiedegibt es nur in den Versuchsgefäßen (Becher-glas, Reagenzglas, Petrischale) und darin, obdie Metalle lose eingelegt oder aufgehängtwerden.

Differenzen ergeben sich bei den Experi-menten mit der Kugelschreiberfeder.

Niedriges Niveau:Einige Schülerinnen und Schüler geben in ih-ren Texten zwar cm-Werte für die Ver-änderungen der Feder an, dokumentierenallerdings nicht, wie sie ihre Untersuchungendurchgeführt haben. Andere fertigen sehrunklare Versuchszeichnungen oder unscharfeFotos an.

(aus dem Schülerprotokoll: 3 Schülerinnen, 7.Klasse)

Hohes Niveau:


Die Schülerin und der Schüler (5. Klasse)stellen eine sehr exakte Versuchsanordnungdar, für die Klassenstufe sehr beachtenswert.

20


Feder

Gewicht

Glas mitSalzwasser

Lötstelle

Eisenstange

Ziegelstein

Niveaustufen der Dokumentation der quan-titativen Versuchsergebnisse:


Hohes Niveau:Ein höheres Maß der Dokumentationsfähig-keit (Lesekompetenz: Umgang mit nicht-kon-tinuierlichen Texten) stellt die Erfassung vonDaten in Tabellenform dar. Zu dieser Form ha-ben sich die meisten Schülerinnen und Schü-ler entschlossen. Dabei sind einige Jugend-liche bereits zu einer bemerkenswerten Präzi-sion der Aussagen gekommen.

Ausdehnung einer Feder mit 51 gin Salzwasser

Start: 7.10. 2,73 cmnach 5 Tagen (12.10.) 2,79 cmnach 12 Tagen (19.10.) 2,85 cmnach 16 Tagen (23.10.) 2,86 cmnach 23 Tagen (30.10.) 2,85 cmnach 26 Tagen (3.11.) 2,86 cmnach 33 Tagen (10.11.) 2,85 cm


Der Schüler (5. Klasse) protokolliert seineVersuchsbeobachtungen sehr genau in Tabel-lenform, begründet seine Gewichtsauswahl(Schraubenmutter), gibt wie in einem Labor-journal die Experimentierzeiten an und no-tiert ergänzend auch das Fortschreiten desRostens. Die Präzision der cm-Angaben liegtallerdings außerhalb der Messmöglichkeiten.

Interessant ist der Ansatz von drei Schü-lerinnen (9. Klasse), die darauf hinweisen,dass Kugelschreiberfedern Druckfedern sindund dass es deshalb sinnvoll ist, die Stau-chung einer Feder beim Rosten zu messen:


Obiger Schüler (5. Klasse) ist auch in der

Lage, seine Versuchsergebnisse in ein Kurven-diagramm zu bringen, für einen Fünftklässlersehr bemerkenswert. Allerdings fehlen die An-gaben zu den Einheiten und die Beschriftungmit Datum anstelle von Tagen ist unüber-sichtlich:


21


Gewichte in g

0

50

100

150

200

250

300

350

400

450

500

Stauchung einer FederAusdehnung in cm

2,7

2,6

2,3

2,1

1,8

1,6

1,4

1,3

1,1

1,0

0,9

Ausdehnung in cmnach einer Woche

2,7

2,6

2,3

2,1

1,9

1,5

1,4

1,3

1,1

1,1

0,9

Ausdehnung in cmnach zwei Wochen

3,1

2,8

2,6

2,4

2,2

2

1,8

1,5

1,4

1,2

1,1


Auch die drei Schülerinnen der 9. Klasseentwickeln für ihre Stauchungsversuche einKurvendiagramm, wobei die Kurven aller-dings nur zusammen mit der obigen Tabelleverständlich sind.


Niedriges Niveau:Einige Schülerinnen und Schüler bekommenzwar richtige Versuchsergebnisse (z. B. hin-sichtlich der Volumenzunahme), entwickelnaber keine Ansätze zur Deutung bzw. ziehenwenig zwingende oder falsche Schluss-folgerungen.

Hohes Niveau:Die drei Schülerinnen (9. Klasse) ziehen

richtige Schlussfolgerungen. Allerdings ent-schließen sie sich für keine eindeutige Deu-tung und legen sich trotz ausbleibender Was-serstoffentwicklung (Blasenbildung) nicht aufdie 2. Schlussfolgerung (gelöster Sauerstoff)fest.

Die starke Rostbildung im Salzwasser wirdzwar beobachtet aber nicht gedeutet.

Ein Schüler der 9. Klasse bringt einen rich-tigen Lösungsansatz: Katalysatorwirkung (giltzumindestens für Chloridionen); auf Elek-trolytbildung geht er allerdings nicht ein.

Für die Vorgänge in der Cola glaubt einSchüler (7. Klasse) eine Lösung gefunden zuhaben: Bildung von Eisen(III)phosphat.

22


(aus den Schülerprotokollen: 3 Schülerinnen, 9. Klasse; 1 Schüler, 9. Klasse; 1 Schüler, 7. Klasse)

3,5

3

2,5

2

1,5

1

0,5

00 200 400 600

Masse in g

Stauchung Feder B

Start 1. Woche 2. Woche (obere Kurve)

Stre

cke

in c

m

3.3 Aufgabe: Kunterbunte Pflanzenfarben

Aufgabe zur Förderung der Kompetenzen:Erkenntnisgewinnung und Kommunikation

Kunterbunte PflanzenfarbenIndikatorfarbstoffe als Detektive

Aufgabe: Untersuchung von Indikatorfarb-stoffen


Kontext: Pflanzenfarbstoffe erfreuen unsnicht nur durch ihre Pracht auf ei-ner Blumenwiese, sie können unsauch Aufschluss darüber geben, obFlüssigkeiten sauer, neutral oderalkalisch sind.

23


Aufgabenstellung

1. Stelle aus Rotkohl durch Kochen undFiltrieren eine haltbare Farb-stofflösung her.

2. Gib zu verschiedenen farblosen Flüs-sigkeiten so viel von deiner Farb-stofflösung, bis eine deutlicheFärbung zu beobachten ist (z. B. Zi-tronensaft, Leitungswasser, Seifen-lösung, Zuckerwasser).

3. Entwickle eine Vergleichsskala für diesen Farbstoff aus bekanntenSäuren und Laugen.

Zusatzaufgabe:Stelle aus weiteren Pflanzen Farbstoff-lösungen her und benutze sie wie denRotkohlsaft.

KompetenzenDie Schülerinnen und Schüler ...

- nennen und beschreiben typische Eigenschaften(F1.1)

- beachten Sicherheitsaspekte (E4)

- planen geeignete Untersuchungen zur Über-prüfung von Hypothesen (E2)

- führen qualitative Experimente durch und pro-tokollieren diese (E3)

- beachten Sicherheitsaspekte (E4)

- veranschaulichen chemische Sachverhalte mit Hilfevon Darstellungen (K4)

- protokollieren den Verlauf und die Ergebnisse (K6)- argumentieren fachlich korrekt und folgerichtig

(K8)- planen, strukturieren, reflektieren und präsentieren

ihre Arbeit (K10)

- nutzen fachtypische und vernetzte Kenntnisse undFertigkeiten, erschließen Zusammenhänge (B3)

- binden chemische Sachverhalte inProblemzusammenhänge ein (B6)


Die Zusatzaufgabe ist eine recht anspruchsvolle, Fächer verbindende Aufgabe. Sie ist für lei-stungsstärkere Schülerinnen und Schüler geeignet.Leistungsschwächeren Jugendlichen sollten klar strukturierte Texte als Hilfen zur Verfügunggestellt werden; leistungsstärkere Schülerinnen und Schülern können frei zum Thema recher-chieren.


• Bechergläser • Lexika• Reagenzgläser • Chemiefachliteratur• Pipetten • Internet• Rotkohl u. a. Pflanzen• verschiedene Alltagsflüssigkeiten


A

B

C

D

E

F

G

H

I

J

K

24


Fragen an die Natur

Verändert sich die Farbevon wässrigem Rotkohlsaftunter dem Einfluss andererStoffe?

Wie verändert sich die Far-be von Rotkohlsaft unterdem Einfluss andererStoffe?

Beruhen die verschiedenenFarben des Rotkohlsaftesauf Farbmischungen oderauf Veränderungen derStruktur des Farbstoffes?

Kann man die Farbverände-rungen rückgängigmachen?

Ist das Rückgängigmachender Farbveränderungenzeitabhängig?

Lassen sich auch die Farbenanderer Pflanzenblüten ver-ändern?

Kann man anhand der Ver-änderungen derBlütenfarbstoffe den pH-Wert bestimmen?

Kann man anhand derBlütenfarbe von Hortensienauf den pH-Wert desBodens schließen?

Kann man die Blütenfarbevon Freiland-Hortensiendurch Düngen des Bodensverändern (in vivo)?

Kann man die Farbe vonHortensienblüten-Saft ver-ändern (in vitro)?

Wie verhält sich kochsalz-haltiger Rotkohlsaft unterdem Einfluss von Gleich-strom?

Hypothese

Die Farbe verändert sichunterschiedlich in Abhän-gigkeit von den zugesetztenStoffen (z. B. Säure, Base,Salze usw.).

Die Farbe von Rotkohlsaft(blauviolett, vergl.Blaukraut) ändert sich mitSäuren zu Rot (z. B. mitEssig, vergl. Rotkraut), mitBasen (z. B. Seifenlösung)zu grüngelb.

Die blaue, rote und gelbeFarbe beruht auf Verän-derungen der Farbstoff-struktur, die grüne Farbeauf Mischungen (blaugelb).

Die erzeugten Farbverände-rungen kann man rück-gängig machen.

Die Farbveränderungensind nicht zeitabhängig(vergl. aber Beobachtung,Deutung zu D!).

Auch andere Blütenfarbenlassen sich verändern.

Man kann anhand der Ver-änderungen der Blüten-farben eine relative pH-Wert-Messung durchführen.

Man kann eingeschränkt(vergl. I) auf den pH-Wertdes Bodens schließen:Rotblühende Hortensienbevorzugen leicht alkali-schen, blaublühende leichtsauren Boden.

Die Blütenfarbe kann mannicht oder nur wenig ver-ändern.

Die Farbe von Hortensien-blütensaft kann man ver-ändern.

Rotkohlsaft wird seine Farbeverändern.

Experiment

Herstellung von Rotkohlsaft,Versetzen mit anderen Stoffen,Farbvergleich.

Versetzen von Rotkohlsaft mitSäuren, Basen, verschiedenenSalzen, Farbvergleich.

Vergleich von Farbstoff-mischungen (rotblau, blaugelbusw.).

Versetzen von Rotkohlsaft mitSäuren bzw. Basen.

Wiederholung der Versuche zuD nach mehreren Tagen.

Herstellung verschiedenerBlütensäfte, Versetzen mitanderen Stoffen, Farbvergleich.

Versuche mit Rotkohlsaft mitverschieden starken Säurenund Basen mit bekanntem pH-Wert, Aufstellung einerVergleichskala, Versuche mitStoffen mit unbekanntem pH-Wert.

Freilandversuche mit blühen-den Hortensien: pH-Wert-Messung des Bodens.

Freilandversuche mit blühen-den Hortensien: Verwendungsaurer bzw. alkalischer Dünger.

Versetzen von Hortensienblü-ten-Saft mit Säuren, Basen,verschiedenen Salzen.

Versuche mit kochsalzhaltigemRotkohlsaft mit Gleichstrom.


• Kann man die Farbe von Hortensienblütendurch Düngung mit Aluminium-Salzen(Eisensalzen) verändern?

• Kann man die Konzentration von Cyani-din in Rotkohlsaft titrimetrisch bestim-men?

• Warum nennt man Rotkohl in der nord-deutschen Küche „Rotkraut“, in der süd-deutschen „Blaukraut“?

25


Protokollieren derVersuchsergebnisse(Tabellen, Dia-gramme usw.)

zu A

zu B

zu C

zu D

zu E

zu F

zu G

zu H

zu I

zu J

zu K

Versuchsergebnisse

Rotkohlsaft verändert unter dem Einfluss vieler Stoffe (Säuren, Basen,Salze) seine Farbe.

Die Versuchsergebnisse entsprechen der Hypothese (vergl. o.).

Rot lässt sich nicht durch Mischen erzeugen, Blau, Gelb einge-schränkt, Grün deutlich (vergl. E).

Die Versuchsbeobachtungen entsprechen der Hypothese (vergl. aber E).Gelb kann nach einiger Zeit nicht mehr rückgängig gemacht wer-den; dieser Effekt zeigt sich besonders deutlich bei relativ hoherLaugenkonzentration.

Viele andere Blütenfarbstoffe lassen sich verändern.


Die Versuchsergebnisse entsprechen der Hypothese (vergl. aber J).


Hortensienblüten-Saft verfärbt sich mit Säuren rot, mit Basen bläulich(Widerspruch zu H? Vergl. Deutung zu H).

Der Rotkohlsaft verändert seine Farbe: Pluspol: Grau, Farbaufhellung,Minuspol: Blau/Gelb->Grün.

Diskutieren, Inter-pretieren der Ver-suchsergebnissezu A

zu B

zu C

zu Dzu E

zu F

zu G

zu Hzu I

zu J

zu K

Rotkohl und viele andere Pflanzenblüten enthalten Anthocyane, imspeziellen Beispiel Cyanidin, das durch Einfluss verschiedener Stoffeseine Struktur und damit seine Farbe verändert.Cyanidin ist eine organische Säure, die durch Deprotonierung undReprotonierung bzw. Öffnung des Pyranringes seine Struktur unddamit seine Farbe ändert. Die Farben Blau, Rot und Gelb sind strukturell bedingt, Grün entstehtdurch Mischung aus Blau und Gelb.Die Deprotonierung ist reversibel.Die definitve Gelbfärbung beruht auf einer irreversiblen Struk-turänderung, Bildung eines Chalkons (Chalkone: ungesättigte aroma-tische Ketone). Viele andere Blütenfarbstoffe bauen sich aus Anthocyanen auf, die sichebenfalls verändern lassen.Anthocyane sind organische Säuren, die anhand ihrer Farbe relativ aufden jeweiligen pH-Wert schließen lassen. vergl. F, G.Die Blütenfarbstoffe in der lebenden Pflanze (in vivo) sind pH-gepuf-fert (Co-Pigmente: Flavone, Flavonoide, Metallsalz-Chelate, speziellmit Al3+).Hortensienblüten-Saft (in vitro) ist nicht mehr gepuffert. Die Farbstoffekönnen daher durch andere Stoffe verändert werden. Durch die Elektrolyse von Kochsalz bildet sich am Minuspol Natron-lauge und am Pluspol Chlor, wodurch es zu den Farbveränderungen(Bleichwirkung von Chlor) des Rotkohlsafts kommt.



Beispiele:

Niedriges Niveau:Viele Schülerinnen und Schüler führen die imAufgabenblatt vorgegebenen Versuche durch,ohne sich mit einer gezielten Fragestellungdie Hintergründe ihrer Experimente zu ver-deutlichen. Einige haben interessante Ideen(z. B. Titration von Rotkohlsaft mit Na-tronlauge), ohne allerdings zu erläutern, obund warum so ein Experiment sinnvoll ist.

Hohes Niveau:

(aus Schülerprotokollen, 9., 10. Klassen)

Einige Fragen finden sich zwar in ähnlicherForm im NATEX-Aufgaben-Deckblatt, anderegehen aber darüber hinaus, so die Frage nachder Zusammensetzung des Rotkohlsaftes, die

diese Schüler mit Hilfe der Chromatographielösen wollen (vergl. unten).

Auch Fragen zur Düngung von Hortensienund zur Untersuchung von Hortensienblü-tensaft sind neu. Aus diesen Aufgaben ergebensich interessante, zum Teil scheinbar wider-sprüchliche Untersuchungen (vergl. unten).

Zwei Schüler (10. Klasse) stellen die Frage,in welchen Wellenbereichen Rotkohlsaft undandere farbige Pflanzensäfte Licht absor-bieren, wobei fotometrische Messungen erfol-gen sollen (vergl. unten).


Niedriges Niveau:Auffällig ist, wie auch bei anderen Aufgaben,dass viele Schülerinnen und Schüler – unab

hängig von der Klassenstufe – zwar gute Fra-gestellungen entwickeln, aber keine Vor-hersagen („Hypothesen“) über die zu erwar-tenden Versuchsergebnisse anstellen.

26


Hohes Niveau:

(aus Schülerprotokollen, 5., 9., 10. Klasse)

Die Hypothese zur Elektrolyse geht offen-sichtlich davon aus, dass die beim Rotkohl be-obachtbaren Farbwechsel durch unterschied-liche, von vornherein enthaltene Farbstoffe,verursacht werden, ohne dass allerdings aufdie Frage eingegangen wird, warum dieseFarbstoffe nur manchmal sichtbar sind undwarum eine elektrolytische Trennung statt-finden soll.


Die experimentellen Ansätze differieren auf-gabenbedingt nicht wesentlich. Allerdingsgibt es in Einzelfällen interessante Überlegun-gen (vergl. unten).

Niedriges Niveau:Einige Schülerinnen und Schüler geben inihren Texten zwar Versuchsergebnisse an,dokumentieren allerdings nicht oder nurvage, wie sie ihre Untersuchungen experi-mentell durchgeführt haben. Andere fertigenzur Erläuterung ihrer Experimente sehr unkla-re Versuchszeichnungen oder unscharfe Fotosan:

27


(aus dem Schülerprotokoll, 2 Schülerinnen, 9. Klasse)


Hohes Niveau:

(aus dem Schülerprotokoll, 2 Schüler, 9. Klasse)

Diese Schüler fertigen eine recht gute Ver-suchskizze an, wenn auch die Details einwenig unklar sind.

Einige Schüler (10. Klasse) führen dünn-schichtchromatografische Untersuchungenverschiedener Säfte durch und können einenFarbstoff (Rotkohl, Radieschen), zwei (Holun-derbeersaft) und drei Farbstoffe (Gemüsesaft)nachweisen.

Die gleiche Gruppe misst auch die „Licht-durchlässigkeit“ von Rotkohlsaft mit Hilfeeines Fotometers.

Einige Schülerinnen und Schüler (10. Klas-se) haben in Lexika und im Internet den Hin-weis gefunden, dass rotblühende Hortensienalkalischen und blaublühende sauren Bodenbevorzugen. Dies scheint ihnen im Wider-spruch zu ihren Rotkohl-Experimenten zu ste-hen. Daher untersuchen sie folgerichtig dieVeränderungen von Hortensienblütensaft,wobei ihre Beobachtungen nun wieder denbei den Rotkohlversuchen gemachten ent-sprechen (vergl. unten).

Einige Jugendliche experimentieren in die-sem Zusammenhang auch mit Eisen- undAluminiumsalzen, von deren Einfluss auf dieBlütenfarbe sie gelesen haben. Dabei kommensie aber zu keinen eindeutigen Ergebnissen.

Ein Schüler (10.Klasse) hat Rotkohlsaft mitNatronlauge titriert, um den Gehalt an Cyani-din (organische Säure) zu bestimmen.



Hohes Niveau:Ein höheres Maß der Dokumentations-fähigkeit (Lesekompetenz: Umgang mit nicht-kontinuierlichen Texten) stellt die Erfassungvon Daten in Tabellenform dar.


Viele Schülerinnen und Schülerzeigen zei-gen in anderen Aufgaben, dass sie auch in derLage sind, ihre Versuchsergebnisse in Kurven-und Säulendiagramme zu übertragen.

Die bereits erwähnten Schüler der 10. Klas-se stellen ihre fotometrischen Messungen zumRotkohlsaft in einem Kurvendiagramm dar,wobei die Messwerte in Tabellenform fest-gehalten werden; nähere Erläuterungen zumDiagramm fehlen aber, so dass etwas unklarbleibt, ob die Jugendlichen ihre Messungenverstanden haben:

28


Beobachtung:

Rotkohlsaft

Tafelessig rot

Neutralisator rot

Glanzreiniger grün

Apfelschorle hellrot

Citronensäure rot

Ascorbinsäure rot

Zuckerwasser blau

Cola rot

Seife blau/grün

Elektroden

PapierRotkohlsaft

+Pol+Pol

NaCl

Cl-Na+

(aus dem Schülerprotokoll, 10. Klasse)


Niedriges Niveau:Einige Schülerinnen und Schüler bekommenzwar richtige Versuchsergebnisse, entwickelnaber keine Ansätze zur Deutung bzw. stellenwenig zwingende oder falsche Schlussfolge-rungen auf.

Hohes Niveau:Einige Schülerinnen und Schüler machen sichsogar Gedanken darüber, welche Vorgänge beider Herstellung von Rotkohlsaft ablaufen:

29


100

90

80

70

60

50

40

30

20

10

0650 640 630 620 610 600 590 580 670 560 550 540 530 520 510 500 490 480 470 460 450 440 430 420 410 400

Wellenlängenbereich in Nanometer

absorbierte Farbe: blausichtbare Farbe: gelb

Lich

tdur

chlä

ssig

keit

in P

roze

nt

Lichtdurchlässigkeit in Prozent

absorbierte Farbe: rotsichtbare Farbe: blaugrün

absorbierte Farbe: gelbgrünsichtbare Farbe: violett

absorbierte Farbe: violettsichtbare Farbe: gelbgrün

Zerkleinere � Vergrößerung der Oberfläche Bessere Extraktion des� Zerstörung von Zellstrukturen/Gewebe Farbstoffes

Kochen mit � Verstärkung des Saftaustrittes Bessere Extraktion desWasser � Zerstörung von weiteren Zellstrukturen/Gewebe Farbstoffes

�Farbstoff ist wasserlöslich

��


Viele Schülerinnen und Schüler fassen ihreVersuchsergebnisse tabellarisch zusammenund kommen dabei zu sinnvollen Deu-tungen:


Einigen Jugendlichen machen die gelese-nen Hinweise oder experimentell gefundenenErgebnisse zur Hortensienaufgabe Schwierig-keiten.

So finden zwei Schülerinnen (10. Klasse) ineinschlägigen Lexika einerseits den Hinweis:

„Die Blüten dieser Pflanzen (Hortensien) än-dern ihre Farbe je nachdem, wie stark der Bodensauer oder alkalisch reagiert. Die Blütenfarbevariiert von dunkelrot über rosa bis weiß, auf sau-ren Böden jedoch erscheint sie zunehmend blau-stichig“.

Andererseits heißt es im Internet (UniBielefeld):

„Die Zellinhalte (der Hortensie) sind unab-hängig vom pH-Wert des Bodens, auf dem diePflanze wächst, immer gleich – nämlich schwachsauer. Dafür sorgen ausgeklügelte Puffersysteme.Der Grad der Rot-Intensität ist unabhängig vompH-Wert, sondern eine Frage des Farbstoffgehalts,also der Konzentration des Blütenfarbstoffs. Säu-ren färben den Farbstoff zunehmend rot und nichtblau!“

Es spricht sehr für diese Schülerinnen, dasssie diesen Widerspruch aufgedeckt haben undzu der Schlussfolgerung kommen, dass siediese Frage nicht beantworten können, zumalihnen der Hinweis auf Pufferung anscheinendnichts sagt.

Andere Zehntklässler sind dieses Phäno-men experimentell angegangen und fandenim (ungepufferten) Hortensienblütensaftebenfalls, dass Säuren eine Rotfärbung verur-

sachen. Auch sie konnten den scheinbarenWiderspruch (Blaufärbung der Hortensien-blüten im sauren Boden) nicht lösen.

Zwei Schülerinnen und ein Schüler aus einer9. Klasse stießen im Internet auch aufStrukturhinweise, wobei aber nicht klar ist,inwieweit sie die Formeln bereits verstandenhaben:

Diese Jugendlichen finden auch heraus, dassdie permanente Gelbfärbung des Rotkohlsaftsauf einer irreversiblen Chalcon-Bildungberuht:

30


Prüfsubstanzen

Ketchup

Sojasoße

Milch

Banane

Vitamintablette

Zitrone

Waschmaschinen-Tab

Tabellarische Darstellung

Menge

3 mL

3 mL

3 mL

3 mL

ein kleines abge-brochenes Stück

3 mL

Zerkrümelt, etwaeine Messerspitze

Beobachtung

Der lila Rotkohlsaft färbt sichrot.

Der lila Rotkohlsaft färbt sichdunkel und wird warm.

Der lila Rotkohlsaft färbt sichhimmelblau.

Der lila Rotkohlsaft färbt sichleicht rötlich.

Der lila Rotkohlsaft färbt sichrot, es blubbert.

Der lila Rotkohlsaft färbt sichstark rot.

Der lila Rotkohlsaft färbt sichdunkelblau, mit einemGrünstich. Es wird warm.

Deutung

Es färbt sich rot da der Ketchup sauer ist.

Da Sojasoße selbst schon schwarz ist, kann dieFarbveränderung nicht beurteilt werden. Eswird sich um ein exotherme Reaktion, Grunddafür unbekannt.

Da Milch basisch ist, färbt sich der Saft blau.

Da Bananen sauer sind (pH = 6,8), wird derRotkohlsaft rötlich.

Da die Vitamintablette sauer ist, färbt sich derRotkohlsaft rot. Das Blubbern ist auf dieEntwicklung eines Gases (CO2) zurückzuführen.

Da die Zitrone sauer ist, färbt sich derRotkohlsaft rot.

Da der Waschmaschinen-Tab basisch ist, färbtsich der Rotkohlsaft.

Abbildung: Strukturformel des Cyanidins beiverschiedenen pH-Wertes

Abbildung:Chalkonform des

Cyanidin

Viele Gedanken haben sich die Schüle-rinnen und Schüler zum Teil auch über dieVorgänge zur Elektrolyse von kochsalzhal-tigem Rotkohlsaft gemacht. Neben zum Teilwidersprüchlichen Aussagen haben einigeJugendliche sehr gute Lösungen gefunden:


31


2 Na+ + 2e- --> 2 Napositive Natriumionen negative Elektronen reines Natrium

Das Natrium verbindet sich nun mit Wasser zum Natriumhydroxid:

2 Na + 2 H2O --> 2 NaOH + H2

reines Natrium Wasser Natriumhydroxid (basisch) Wasserstoff

Das enstandene Natriumhydroxid verfärbt das Indikatorpapier am negativen Pol grünlich.

Die Choridionen des Natriumchlorids gehen zum positiben Pol der Batterie.Dort geben sie Elektronen ab und so bildet sich reines Chlor:

2 Cl- - 2 e- --> Cl2

negative Choridionen negative Elektronen Chlor

Da wir wissen, dass Chlor eine bleichende Wirkung hat, können wir auch nachvollziehen,warum am positiven Pol das Indikatorpapier ausbleicht.

3.4 Aufgabe: Zucker und Salz – Zwillinge?

Aufgabe zur Förderung der Kompetenzen: Erkenntnisgewinnung und Kommunikation

Zucker und Salz-Zwillinge?

Aufgabe: Vergleichende Untersuchung vonZucker und Salz


Kontext: Zucker und Salz sind zwei Stoffe,die uns praktisch täglich in denverschiedensten Situationen be-gegnen. Wer sie einmal näher be-trachtet hat – vielleicht sogar mitder Lupe – wird festgestellt haben,wie ähnlich die beiden aussehen.

32


Aufgabenstellung

1. Untersuche das Verhalten von Zuckerund Salz mit einem Thermometer ineiner Mischung mit zerstoßenem Eis.

2. Stelle weitere vergleichendeUntersuchungen an:• beim Erhitzen• beim Lösen in Wasser• beim Stehen lassen an der Luft

3. Entwickle weitere Ansätze, die beidenStoffe durch ihr unterschiedlichesVerhalten von einander zu unter-scheiden.

Zusatzaufgabe:Entwickle ein umweltfreundlichesStreumittel!

KompetenzenDie Schülerinnen und Schüler...

nennen und beschreiben typische Eigenschaften(F1.1)erkennen und entwickeln Fragestellungen (E1)führen qualitative und einfache quantitativeExperimente durch und protokollieren diese (E3)beachten Sicherheitsaspekte (E4)

planen geeignete Untersuchungen zur Überprü-fung von Hypothesen (E2)führen quantitative Experimente durch und pro-tokollieren diese (E3)beachten Sicherheitsaspekte (E4)veranschaulichen chemische Sachverhalte mit Hilfevon Darstellungen (K4)

planen geeignete Untersuchungen zur Überprü-fung von Hypothesen (E2)protokollieren den Verlauf und die Ergebnisse (K6)planen, strukturieren, reflektieren und präsentierenihre Arbeit (K10)

recherchieren zu einem chemischen Sachverhalt inunterschiedlichen Quellen (K1)binden chemische Sachverhalte inProblemzusammenhänge ein, entwickelnLösestrategien und wenden diese an (B6)


Neben der 3. Aufgabe bietet die Zusatzaufgabe Möglichkeiten zur Binnendifferenzierung, da diemöglichen unterschiedlichen Niveaustufen bei der Begründung eine Bearbeitung der Aufgabedurch leistungsstärkere wie leistungsschwächere Schülerinnen und Schüler zulassen.


• Bechergläser, pneumatische Wanne • Lexika• Reagenzgläser • Internet• Thermometer• Kerzen o. Gasbrenner• Eis, Salz, Zucker


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Fragen an die Natur:

Was passiert beim Stehen-lassen von Salz und Zuckeran der Luft? Wer zieht beimStehenlassen an der Luftmehr Feuchtigkeit?

Wer löst sich besser inWasser, Salz oder Zucker? Wie wirken sich verschiede-ne Wassertemperaturen aufdie Löslichkeit aus?

Gibt es unterschiedlichesLösungsverhalten von Salzund Zucker in anderen Flüs-sigkeiten (Alkohol, Benzin,Aceton, Essig, Zitronensaftbzw. Speiseöl)?

Wie verhalten sich Salz undZucker beim Erhitzen?

Kann man Salz bzw. Zuckerin einer Flamme verbren-nen? Welchen Einfluss hatZigarettenasche auf dieVerbrennung?

Wie verändert sich dieTemperatur von zerstoße-nem Eis (Schnee) beiZugabe von Salz bzw.Zucker?

Leiten wässrige Salz- bzw.Zuckerlösung den elektri-schen Strom?

Wie verhalten sich verschie-dene Metalle in einer Salz-bzw. Zuckerlösung?

Verhindern Salz bzw. Zuckerdas Schimmeln von Obstund Gemüse?

Schwimmt ein Ei in Salz-bzw. in Zuckerwasser

Wie verhalten sich Pflanzen(Blätter, Keimlinge, Schnitt-blumen) in Salz- bzw.Zuckerwasser?

Hypothese

Salz zieht nach einiger ZeitFeuchtigkeit an und wirddaher schwerer.Zucker verändert sich weni-ger stark.

Zucker löst sich in Wasserbesser als Salz.Die Löslichkeit nimmt beihöherer Temperatur zu.

Die Stoffe lösen sich in was-serhaltigen Flüssigkeitenschlechter als in reinemWasser, in nicht wässrigengar nicht.

Zucker karamellisiert,Salz verändert sich nicht.

Zucker wird flüssig und ver-kohlt, Salz verbrennt nicht.Mit Zigarettenasche fängtZucker an zu brennen.

Salz senkt die Temperaturstark, Zucker wenig ab.

Salzlösungen leiten den elek-trischen Strom, Zucker-lösungen dagegen nicht.

In Salzlösung rosten unedleMetalle (z. B. Eisen) stark, ineiner Zuckerlösungschwach oder gar nicht.

Salz und Zucker verhinderndas Schimmeln (vergl.Kandieren von Früchten /Einpökeln).

Das (frische) Ei schwimmtin Salz- und in Zucker-wasser.

Salz greift Pflanzen an (s. a.Schädigung durch Win-terstreuung vereister Stra-ßen) und lässt sie welken,Zucker hat keinen wesent-lichen Einfluss oder fördertdas Pflanzenwachstum.

Experiment

Salz und Zucker längere Zeitan der Luft stehen lassen undvorher und nachher wiegen.

Abgewogene Mengen an Salzbzw. Zucker solange in ver-schieden temperiertem Wasserbis zur Sättigung auflösen.

Vergleich: Lösungsversuche inverschiedenen Lösungsmitteln.

Salz bzw. Zucker in einerPorzellanschale (Pfanne) erhit-zen.

Vergleich: Zuckerstückchenbzw. Salzhäufchen ohne undmit Zigarettenasche entzün-den.

Vergleich: Temperaturmessungvor und nach Zugabe von Salzbzw. Zucker zu zerstoßenemEis (Schnee).

Vergleich: Leitfähigkeits-messungen in wässriger Salz-bzw. Zuckerlösung.

Vergleich: Eisennagel (Kupfer-blech) in wässrige Salz- bzw.Zuckerlösung legen.

Vergleich: Obst- bzw. Gemüse-stücken mit Salz bzw. Zuckerbedecken und längere Zeit ste-hen lassen.

Vergleich: Ei in Salzwasser bzw.Zuckerwasser schwimmen las-sen.

Vergleich: Blätter mit Salz-bzw. Zuckerwasser beträufeln,Keimlinge (Kresse),Schnittblumen in Salz- bzw.Zucker bringen.

A

B

C

D

E

F

G

H

I

J

K


• Können Salz bzw. Zucker als Fleckenmittel(z. B. Obstfleck auf Gewebe) wirken?

• Unterscheiden sich Salz- bzw. Zucker-Lö-sungen durch ihren pH-Wert?

• Kann man Salz- bzw. Zucker-Lösung durchdie Flammenfärbung unterscheiden?

• Wie kandiert man Früchte? Wie pökeltman Fisch oder Fleisch ein?

• Wie züchtet man Salz- bzw. Zucker-Kristalle?

• Kann man Salz- bzw. Zucker-Kristalle unterdem Mikroskop unterscheiden?

• Warum streut man im Winter Salz undnicht Zucker auf vereiste Straßen?

• Welchen Einfluss haben Salz bzw. Zuckerauf den Siedepunkt von Wasser?

• Wie verhalten sich Gummibärchen in Salz-bzw. Zuckerlösung?

• Kann man Salz und Zucker trennen?

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Protokollieren derVersuchsergebnisse(Tabellen, Dia-gramme usw.)

zu A

zu B

zu C

zu D

zu E

zu F

zu G

zu H

zu I

zu J

zu K

Versuchsergebnisse

Salz wird nach einiger Zeit feucht und schwerer; Zucker zeigt diesenEffekt weniger ausgeprägt.

Zucker löst sich viel besser als Salz in Wasser. In kaltem Wasser löstsich Zucker schlechter als im warmen Wasser, auf die Löslichkeit vonSalz hat die Temperatur keinen messbaren Einfluss.

Salz und Zucker lösen sich schlecht (Bodensatz, getrübte Lösung) inwasserhaltigen Flüssigkeiten, in nicht wässrigen gar nicht.

Zucker wird flüssig, karamellisiert und verkohlt; Salz verändert sichnicht.

Zucker verbrennt , Salz auch mit Zigarettenasche nicht.

Salz senkt die Temperatur stark, Zucker wenig ab.

Salzlösung leitet den elektrischen Strom, Zuckerlösung nicht.

Ein Eisennagel rostet in einer Salzlösung, in einer konzentriertenZuckerlösung nicht oder wenig.

Gemüsestückchen schimmeln weder unter Salz noch unter Zucker.

In Salzwasser schwimmt ein Ei. In Zuckerwasser geht es zunächstunter; bei Erhöhung der Zuckermenge steigt das Ei schließlich auchauf.

In Salzlösung fangen Pflanzen an zu verwelken. Zuckerlösungenhaben keinen Einfluss oder führen zu einem verbesserten Wachstum(Kresse).

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Diskutieren, Inter-pretieren der Ver-suchsergebnisse

zu A

zu B

zu C

zu D

zu E

zu F

zu G

zu H

zu I

zu J

zu K

Salz ist stark hygroskopisch und zieht stärker Wasser an als Zucker.

Die Löslichkeit von Zucker in Wasser ist größer als die von Salz.Die Löslichkeit von Feststoffen erhöht sich mit zunehmenderWassertemperatur.

Salz und Zucker lösen sich in wasserhaltigen (polaren) Flüssigkeiten,nicht in nicht wässrigen.

Zucker hat einen niedrigeren Schmelzpunkt als Salz und kann mit derKerzen-Flamme (Gasbrenner, Herdplatte) zum Schmelzen gebrachtwerden.

Zigarettenasche enthält Katalysatoren (u. a. Eisen), die die Aktivie-rungsenergie herabsetzen, so dass Zucker verbrennt.

Salz benötigt beim Lösen Energie, so dass die Umgebungstemperaturabsinkt. Dies trifft für Zucker nicht zu.

Salz (Kochsalz) besteht aus Ionen, die den elektrischen Strom leiten.Zucker ist nicht aus Ionen aufgebaut.

Eisen ist ein unedles Metall, das leicht rostet. Zum Rosten bedarf esWasser und Sauerstoff (Oxidationsvorgang). Salz erhöht die Leit-fähigkeit von Wasser, Chlorid-Ionen (Kochsalz: Natriumchlorid) wir-ken als Katalysatoren.

Salz bzw. Zucker wirken antibakteriell und verhindern in hoherKonzentration das Schimmeln (s. Kandieren von Früchten, Einpökelnvon Fisch und Fleisch).

Salz- und Zuckerwasser haben eine größere Dichte als das Ei, dasdeshalb aufschwimmt. Zucker hat eine geringere Dichte als Salz, sodass zur Erreichung dieses Effekts größeren Mengen benötigt wer-den.

Salz entzieht den Pflanzen Wasser, so dass diese welken. Zucker zeigtdiesen Effekt weniger ausgeprägt.



Beispiele:

Niedriges Niveau:Viele Schülerinnen und Schüler führen die imAufgabenblatt vorgegebenen Versuche durch,ohne sich mit einer gezielten Fragestellungdie Hintergründe ihrer Experimente zu ver-deutlichen.

Hohes Niveau:


Zunächst halten sich die beiden Schüler inihren Aufgaben noch eng an die Vorgaben desNATEX-Bogens. Andere Schüler variieren denEis-Versuch und untersuchen das Festfriereneines Fadens.

Obige Schüler stellen darüber hinaus aberauch sinnvolle Zusatzfragen auf: die Fragenach der unterschiedlichen Dichte undBrennbarkeitsversuche mit und ohne Ziga-rettenasche.

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Andere Jugendliche entwickeln zum Teilinteressante Fragen:

(aus Schülerprotokollen, 4.,5., 7. 9., 10. Klasse)

Versuche mit Pflanzen wurden von vielenSchülerinnen und Schülern (4.-10. Klasse)modifiziert, zum Beispiel: • Veränderungen von Blättern (Alpenveil-

chen, Basilikum) beim Betropfen mit Salz-bzw. Zuckerwasser

• Frischbleiben von Schnittblumen in Salz-oder Zuckerwasser

• Verhalten von Kressesamen in Salz- bzw.Zuckerlösung

Eine interessante Variation stellt die Fragenach der möglichen Verhinderung vonSchimmeln von Gemüse (Tomatenscheiben)mit Salz bzw. Zucker dar.

Einige Schülerinnen und Schüler habensich an Untersuchungen der Frische von Eiernin Salzwasser erinnert.

Viele Schülerinnen und Schüler (4., 5., 9.Klasse) halten es für möglich, Salz- undZuckerlösungen anhand ihres pH-Wertes (z.B. durch Veränderungen von Rotkohlsaft) zuunterscheiden.

Interessant ist auch die Frage nach demVerhalten von Eisen in Salz- bzw. Zucker-lösungen, die von mehreren Schülerinnenund Schüler (9., 10. Klasse) gestellt wird.

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Niedriges Niveau:Auffällig ist, wie auch bei anderen Aufgaben,dass viele Schülerinnen und Schüler unab-hängig von der Klassenstufe zwar guteFragestellungen entwickeln, aber keine Vor-hersagen („Hypothesen“) über die zu erwar-tenden Versuchsergebnisse anstellen.

Hohes Niveau:


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Stellvertretend für viele zeigt der obige Aus-zug, dass die drei Schüler schon in der Lagesind, gut begründete Hypothesen für alle vonihnen durchgeführten Versuche aufzustellen.Erstaunlich bei diesen Jugendlichen ist, dasssie auch eine Fehlerbetrachtung ihrer Ex-perimente durchführen können:

(aus obigem Schülerprotokoll)

(aus einem Schülerprotokoll, 5. Klasse)

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Einige Schülerinnen und Schüler unter-scheiden nicht zwischen Hypothese und Deu-tung (siehe z. B. Leitfähigkeit - Ionen). VieleJugendliche vermuten richtig, dass die Tem-peratur einer Mischung aus Salz und Eis sinkt.Allerdings sehen sie nicht den (scheinbaren)Widerspruch zwischen absinkender Tempera-tur und dem schnellen Schmelzen von Eis:


Die experimentellen Ansätze differieren auf-gabenbedingt nicht wesentlich. Allerdingsgibt es in Einzelfällen interessante Überlegun-gen (vergl. unten).

Niedriges Niveau:Einige Schülerinnen und Schüler geben inihren Texten zwar Messwerte an, dokumentie-ren allerdings nicht oder nur vage, wie sie ihreUntersuchungen durchgeführt haben. Anderefertigen sehr unklare (eigentlich falsche)Versuchszeichnungen oder unscharfe Fotosan:

(aus dem Schülerprotokoll, 2 Schülerinnen, 9.Klasse)


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Stromquelle Becherglas mit Zucker bzw. Messgerät

Kochsalz

(aus Schülerprotokollen: 2 Schüler, 1 Schülerin, 8. Klasse; 3 Schüler, 8. Klasse)

Hohes Niveau:Diese Schüler fertigen eine „professionelle“Versuchskizze an, in der nur noch die Be-schriftung der Elektroden fehlt.


Interessant ist auch die Bestimmung derDichte von Salz und Zucker. Die meisten Ex-perimentatoren haben gleiche Mengen derStoffe (in g) in gleichen Volumina Wasser ab-gewogen und verglichen. Dabei wurden zwarvon den tatsächlichen Dichten stark abwei-chende Werte bestimmt, die aber in derRelation richtig waren. Einige Schülerinnenund Schüler entwickelten originelle Ansätze:

(aus dem Schülerprotokoll, 9. Klasse)

Obige Schüler bestimmten dabei Dichte-werte, die den realen Werten schon sehr nahekommen.

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Aufbau

Die Dichte (g/cm3) ist ein Wert um Stoffe zu charakterisieren. Deshalb wollten wir dieDichte von Salz und Zucker bestimmen. Das Problem dabei war, dass wir nicht einfachz. B. 1 cm3 Salz bzw. Zucker auswiegen konnten. Das Salz und der Zucker bestanden ausKörnchen (Kristallen), zwischen denen sich Luft befand. Um das wahre Volumen zu ken-nen, musste das Volumen der Luft zwischen den Kristallen bestimmt und abgezogen wer-den.

Wir haben dazu folgende Methode entwickelt: Zuerst wogen wir ein leeres Reagenzglas(plus einen kleinen Kunststoffbecher damit das Reagenzglas nicht umkippte). Dann fülltenwir es bis ungefähr zu einem Drittel mit Salz oder Zucker und wogen es erneut. Somit wardas Gewicht des Zuckers (Gesamtgewicht - Leergewicht bekannt). Als nächstes füllten wirmit einer Pipette 15 mL Speiseöl hinzu und schüttelten das ganze sehr lange und gründ-lich, so dass die Kristalle im Öl schwammen (wir nahmen Öl, weil sich Salz und Zuckerdarin nicht lösen). Jetzt mussten wir nur noch das Gesamtvolumen des Salz (bzw,Zucker)/Öl-Gemisches ermitteln und die 15 mL (Öl) davon abziehen um das Volumen desSalzes (bzw.) Zuckers zu berechnen.



Hohes Niveau:Ein höheres Maß der Dokumentationsfä-higkeit (Lesekompetenz: Umgang mit nicht-kontinuierlichen Texten) stellt die Erfassungvon Daten in Tabellenform dar. Zu dieserForm haben sich die meisten Schülerinnenund Schüler entschlossen. Dabei zeigen einigeJugendliche bereits ein großes Maß an Prä-zision der Dokumentation:

(aus dem Schülerprotokoll, Schüler, 7. Klasse)

Viele Schülerinnen und Schüler sind auchin der Lage, ihre Versuchsergebnisse in Kur-ven- und Säulendiagramme zu übertragen,wobei Säulendiagramme in diesem Zusam-menhang weniger sinnvoll sind:

Obige Schülerinnen der 5. Klasse vereini-gen ihre Messergebnisse sehr übersichtlichund gut vergleichbar in einem Kurven-diagramm.

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+ 0,2 g Salz

wie bei Zucker

das Salz setzt sich amBoden ab, Flüssigkeit dar-über wasserklar

Salz klebt nach demSchütteln am Reagenz-glas, besonders oben

Salz setzt sich nach demSchütteln schneller untenab als der Zucker, Flüssig-keit darüber bleibt klar

nach kurzem Schütteln istalles gelöst.

Lösungsmitttel

jeweils 5 ml

Wasser

96% Alkohol

Benzin

Aceton

25% Essigessenz

gelöst?

Ja

nein

nein

nein

Ja

gelöst?

Ja

nein

nein

nein

Ja

+ 0,2 g Zucker

Beobachtung

Schäumt beim Schütteln, nach wenigen Sekunden gelöst

Nach dem Schütteln setzt sich ein Teil des Zuckers amBoden ab, die Flüssigkeit darüber bleibt weißlich trüb -mindestens 30 min lang

Zucker setzt sich unten ab

Zucker setzt sich nach dem Schütteln unten ab,Flüssigkeit darüber bleibt länger trüb als beim Salz

Flüssigkeit nach dem Schütteln wasserklar, einzelneKörnchen schwimmen noch in der Flüssigkeit. Nach

weiterem kurzen Schütteln ist alles gelöst.

Zeit in Minuten

Salz und Zucker in gestoßenem Eis

Salz in Eiswasser

Zucker in Eiswasser

Tem

per

atur

in 0 C

(aus dem Schülerprotokoll, drei Schülerinnen, 5. Klasse)


Niedriges Niveau:Einige Schülerinnen und Schüler bekommenzwar richtige Versuchsergebnisse, entwickelnaber keine Ansätze zur Deutung bzw. stellenwenig zwingende oder falsche Schluss-folgerungen auf.

Erwähnt wurden bereits die Widersprüchebzw. Unklarheiten in Zusammenhang mitdem Schmelzen von Eis mit Salz (vergl. oben).

Hohes Niveau:Entsprechend der Altersgruppe sind denSchülerinnen und Schülern die Zusammen-hänge zwischen Dampfdruck von Wasser, Ge-frierpunktserniedrigung nach Lösen von Salz,Verdopplung der Gefrierpunktserniedrigungbeim Auflösen eines zweiionigen Salzes(Kochsalz), Hydrationsenergie usw. nochunbekannt.

Allerdings können einige Schülerinnenund Schüler bereits sehr gut ihre Problemebeim Deuten obiger Vorgänge (z. B. Schmel-zen von Eis, Absinken der Wassertemperatur)formulieren:

(aus einem Schülerinnenprotokoll, 7. Klasse)

Wenige Jugendliche gehen in ihren Schluss-folgerungen darüber hinaus:

(aus einem Schülerprotokoll, 10. Klasse)

43


4.1 Entwicklung des Wettbewerbs

„In der kalten Jahreszeit versuchen wir unsereAbwehrkräfte mit Vitaminen aus Obst undBrausetabletten zu stärken. Dabei können wirdas Auflösen einer Brausetablette beobachtenund – natürlich – genauer untersuchen! Wieviel Gas entsteht eigentlich dabei? Ist esimmer gleich viel?

Zusätzlich zu chemisch-physikalischenUntersuchungen kann ein mit Brauseta-bletten düsengetriebenes Raketenboot gebautwerden...„ Dies ist eine der Aufgaben, mitdenen sich Schülerinnen und Schüler imRahmen des Programms NATEX beschäftigen.„Baue ein Raketenboot, das mit einer Brau-setablette „betankt“ wird. Versuche, mög-lichst einfachste Materialien zu verwenden, z.B. eine Filmdose. Fange das entstehende Gasjeweils mit einem umgedrehten, wassergefüll-ten Glas in einer Plastikschüssel auf. Wie vielGas wird von einer Tablette freigesetzt? Wieviel Gas wird von zwei Tabletten freigesetzt?Macht die Wassertemperatur einen Unter-schied aus, arbeite bei verschiedenen Tempe-raturen. — Wie lange dauert der Auflöse-vorgang bei verschiedenen Temperaturenoder wenn du die Brausetablette vorher zer-kleinerst?“

So ging es 2002 los, als zuerst alle Ham-burger Schülerinnen und Schüler der 5. bis10. Klassen, später auch der 4. Klassen, miteinfachsten Mitteln zu Hause als Jungforschertätig wurden.

Inzwischen ist NATEX kein Neuling mehrin der Hamburger Wettbewerbslandschaft,sondern ein echtes Erfolgsmodell! Wie kam eszu diesem Erfolg und was steckt hinter demNamen NATEX?

Im Rahmen der Förderung naturwissen-schaftlich-technisch interessierter Schülerin-nen und Schüler kann Hamburg seit langemzahlreiche und erfolgreich Teilnahme an denWettbewerben Jugend forscht, Schüler experi-mentieren und den internationalen naturwis-senschaftlichen Olympiaden vorweisen.

Für die Frühförderung werden die Probex-Kurse angeboten, die für interessierte Grund-schülerinnen und Grundschüler durchgeführtwerden.

Obwohl „Schüler experimentieren“ und„Jugend forscht“ schon für alle Schülerinnenund Schüler offen stehen, bleibt durch dieForm der Wettbewerbe eine Einstiegsschwellefür diejenigen Schülerinnen und Schüler, diesich nicht in der Lage sehen, sich selbstThemen zu suchen.

Um sowohl die zeitliche Lücke zwischenProbex und Schüler experimentieren für dieGrundschüler zu schließen, als auch für dasGros der Schülerinnen und Schüler ein nie-drigschwelliges Einstiegsangebot in die Wett-bewerbslandschaft zu schaffen, wurde im

Landesinstitut für Lehrerbildung und Schul-entwicklung nach dem Vorbild andererBundesländer, bzw. parallel zu diesen, derAufgabenwettbewerb NATEX – naturwissen-schaftliches Experimentieren – ins Leben ge-rufen.

Adressaten für diesen Wettbewerb sind alleHamburger Schülerinnen und Schüler derKlassen 4 bis 10 aller Schulformen. Die Auf-gaben werden unter ein Oberthema gestelltund die Anforderungen nach Altersstufen ge-staffelt.

NATEX ist somit Teil eines ganzheitlichenAngebotes der Begabtenförderung im Bereichder Naturwissenschaften, das in der Grund-schule beginnt und die Breiten- und Spitzen-förderung verbindet.

Obwohl der Wettbewerb von den Chemi-kern des Landesinstituts initiiert wurde, arbei-teten von Anfang an im NATEX-Team Kol-legen aller drei Naturwissenschaften zu-sammen. Die Aufgaben sind, im Gegensatz zudenen anderer Bundesländer, Fächer übergrei-fend bzw. verbindend und im Wechsel einerder drei Naturwissenschaften enger zuzu-ordnen.

Was kaum jemand ahnen konnte: derWettbewerb traf offensichtlich eine Markt-lücke. Die Akzeptanz durch Schülerinnen undSchüler und Schulen ist enorm hoch, und injedem Durchgang explodieren erneut die Teil-nehmerzahlen. Teilweise nehmen geschlos-sene Jahrgänge der Schulen am Wettbewerbteil!

Schon in der ersten Runde nahmen 575Schülerinnen und Schüler aus 58 Schulenaller allgemein bildenden Schulformen teil.Dabei ist die Qualität der Ergebnisse konti-nuierlich gestiegen. Insgesamt konnten 2006schon 36 Schülerinnen und Schüler für her-ausragende Arbeiten mit einem 1. Preis ausge-zeichnet werden, was einer Verdopplung imVergleich zum Vorjahr entspricht. Die Zahlder 2. Preise hat sich mit 181 in diesem Jahrsogar fast verdreifacht. Darüber hinaus wurde464 mal ein 3. Preis vergeben.

Nachdem der NATEX-Wettbewerb schonim letzten Jahr große Zuwachsraten verzeich-nen konnte, hat sich die Zahl der Arbeitenund der teilnehmenden Schüler in diesemJahr wieder mehr als verdoppelt. Mehr als1100 Arbeiten wurden im laufenden Wettbe-werb eingereicht, wobei die Aufgaben „Schiffeversenken“ und „Zucker und Salz“ in etwagleichen Zuspruch erhielten. Die Zahl derSchülerbeteiligungen stieg dabei auf fast2200, womit der NATEX-Wettbewerb seinePosition unter den größten Schülerwettbe-werben Hamburgs weiter festigen konnte.Dabei steht die Zahl der teilnehmenden Mäd-chen (961 Beteiligungen) der der Jungen(1225) kaum nach.

Obwohl die Gymnasien die größte Gruppeunter den Teilnehmern stellen, haben sich

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4. Der Wettbewerb NATEX in Hamburg


von Anfang an Schülerinnen und Schüleraller Schulformen beteiligt. Gerade aus demBereich der Haupt- und Realschulen kam dieRückmeldung, dass sich NATEX dort zu ei-nem Motivationswunder entwickelt, wo derSchritt zu Jugend forscht oder den natur-wissenschaftlichen Olympiaden einfach zugroß erscheint.

Um dieses Motivationspotential weiter zunutzen, werden derzeit die NATEX-Aufgabenüberarbeitet, um als „NATEX light“ denAnsprüchen der sogenannten PISA-Risiko-schüler gerecht zu werden. Die Beschäftigungmit den angepassten Aufgaben soll nicht zu-letzt auch die sprachliche Kompetenz derSchülerinnen und Schüler erhöhen unddamit auch in den Haupt- und Förderschulendem Bildungsanspruch der Naturwissen-schaften gerecht werden.

Damit hat sich NATEX vom Einsteiger-angebot zum naturwissenschaftlichen Wett-bewerb mit der größten Verbreitung in Ham-burg entwickelt. Ein Ende dieser Entwicklungist nicht in Sicht. Mittlerweile wird die Teil-nahme am Wettbewerb explizit in den Rah-menplänen für Natur und Technik empfoh-len.

Neben den Urkunden, die für die Teil-nahme ausgestellt werden, können die Schü-lerinnen und Schüler Preise gewinnen, dievon den Sponsoren des Wettbewerbs ge-spendet werden. Zusätzlich werden die bestenSchülerinnen Schülerinnen und Schüler, diean zwei Runden erfolgreich teilgenommenhaben, wieder im Rahmen des Wettbe-werbsfestes der Freien und Hansestadt Ham-burg geehrt.

Die attraktiven Urkunden, die dieTeilnahme am Wettbewerb bescheinigen unddie erreichte Niveaustufe ausweisen, könntenin Zukunft einen festen Platz in einemSchüler-Portfolio finden.

Wie läuft´s?

Zweimal im Jahr gibt es neue Aufgaben, dieallein, zu zweit oder zu dritt bearbeitet wer-den können. Die Aufgaben erscheinen je-weils im September und im Februar.

Von der Arbeit wird ein Versuchsberichtangefertigt, der an das NATEX-Team geschicktwird.

Der Versuchsbericht sollte natürlich kor-rekt sein - aber auch besonders originelle Dar-stellungen werden belohnt!

Bei der Bewertung des Versuchsberichteswird die Jahrgangsstufe berücksichtigt. EinViertklässler mit einem tollen Versuchs-bericht kann also gegen einen Zehntklässlergewinnen!

Die Gewinner werden schriftlich benach-richtigt.

Wo gibt‘s die Wettbewerbsunterlagen?

• ab Mitte September und Februar bei allenLehrkräften der Fächer Biologie, Chemieund Physik oder

• im Internet unter www.natex-hamburg.de• im Landesinstitut für Lehrerbildung und

Schulentwicklung unter der Telefon-nummer 42801-23 85, Kennwort NATEX

• Der Einsendetermin für den Versuchs-bericht steht jeweils auf dem Aufgaben-blatt.

Projektkoordination:

Rainer Wagner, Arbeitsbereich Chemie amLandesinstitut für Lehrerbildung undSchulentwicklung, Felix-Dahn-Str. 3, 20357 Hamburg, Tel. 040 428 01-23 85; Labor: -3571; Fax: -27 99,E-Mail: [email protected] Zusammenarbeit mit Frau Dr. Elke Hertel,Referat SchülerwettbewerbeNATEX-Team:Biologie: Willi Kössler (†), Klaus Ohrner,

Olaf SchmidtChemie: Claudia Körper, Marlon Körper,

Rainer WagnerPhysik: Christian Kleinert, Oliver

Liebenberg, Markus Ziebegk Unterstützt von der Wasserstoff-GesellschaftHamburg e.V. und dem Fonds der Chemi-schen Industrie

4.2 Die bisherigen Aufgaben des Wett-bewerbs

• Wer rastet, der rostet? Rostige Zeiten• Viel hilft viel?• Gib Gummi – Autos ohne Benzin ...• Brausetabletten – Düsenantrieb und Vita-

minpower ...• Rin in de Kartüffel• Kunterbunte Pflanzenfarben – Indikator-

farbstoffe als „Detektive“• Schiffe versenken – Wer baut das tragfähig-

ste Schiff?• Salz und Zucker – Zwillinge?• Lockere Pizza – kriegst du das gebacken?

45


46

NATEX – Anhang

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NATEX – Anhang

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NATEX – Anhang

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NATEX – Anhang

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NATEX – Anhang

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NATEX – Anhang

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NATEX – Anhang

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NATEX – Anhang

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NATEX – Anhang

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Literaturverzeichnis

[1] Bildungsstandards im Fach Biologie fürden Mittleren Schulabschluss (Jahrgangsstufe 10)• Beschluss der Kultusministerkonferenzvom 16.2.2004http://www.kmk.org/schul/Bildungsstandards/Biologie_MSA-_16-12-04.pdfBildungsstandards im Fach Chemie fürden Mittleren Schulabschluss(Jahrgangsstufe 10)• Beschluss der Kultusministerkonferenzvom 16.12.2004http://www.kmk.org/schul/Bildungsstandards/Chemie_MSA_16-12-04.pdfBildungsstandards im Fach Physik fürden Mittleren Schulabschluss(Jahrgangsstufe 10)• Beschluss der Kultusministerkonferenzvom 16.12.04http://www.kmk.org/schul/Bildungsstandards/Physik_MSA_16-12-04.pdfDruckversionen: Luchterhand – WolterKluwer Deutschland, GmbH,München, Neuwied, 2005

[2] Duit, R.; Gropengießer, H.; Stäudel, L.:Naturwissenschaftliches Arbeiten.Friedrich-Verlag, Seelze 2004

[3] Fach, M.; Kandt, W.; Parchmann, I.:Offene Lernaufgaben im Chemieunter-richt: Kriterien für die Gestaltung undEinbettung. MNU 59/5 (2006),284-291

[4] Hammann,M.: Kompetenzentwicklungs-modelle: Merkmale und ihreBedeutung – dargestellt anhand vonKompetenzen beim Experimentieren.MNU 57/4 (2004), 196-203

[5] Demuth, R., Rieck, K., Elfer, D.:Kompetenzerwerb im naturwissenschaft-lichen Anfangsunterricht, PdN-ChiS4/54, 13

[6] Fischer, W., Zeilhofer, W.: Neue Auf-gabenkultur, PdN-ChiS 5/55, 37

[7] Hammann, M., Phan, T.T.H., Ehmer, U.,Bayrhuber, H.: Fehlerfrei Experimentieren, MNU 59/5 (2006),292-299

[8] PISA macht Schule – Hessisches Kultus-ministerium, Institut für Qualitäts-Ent-wicklung, Wiesbaden 2006

[9] Kompetenzen entwickeln – Natur-wissenschaften im UnterrichtChemie, 94/95 (2006)

[10] Leisen, J.: Aufgabenkultur im mathema-tisch naturwissenschaftlichen Unter-richt, MNU (2006, im Druck)

[11] Aufgaben und Kompetenzen, PdN-ChiS8/55 (im Druck)

5. Literaturverzeichnis

Documents

Schülerexperimente - Hamburg · 2013. 3. 12. · 3.Experimentieren Erforschen Erkunden 4.Beobachten Messen Protokollieren 5.Diskutieren Interpretieren 6.Modellbildung Mathematisierung