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Chemie-Labothek

1. Wer, wie, was?

Es handelt sich hier um ein Kooperationsprojekt zwischen der Didaktik der Chemie an der Bergischen Universität Wuppertal und Schulen aus der Wuppertaler Umgebung.
Die Finanzierung erfolgt über das zdi-.Netzwerk (Zukunft durch Innovation, www.zdi-portal.de), das vom Ministerium für Innovation, Wissenschaft und Forschung des Landes Nordrhein-Westfalen unterstützt wird.
Die Bezeichnung "Labothek" ist in Analogie zu "Bibliothek", "Mediathek" oder "Infothek" gewählt und soll andeuten, dass Laborversuche nach Bedarf und Wunsch der Labothek-Besucher angeboten werden. Das Besondere an diesem Projekt ist, dass die Experimente und Themen der Labothek an die konkreten Unterrichtsinhalte der jeweiligen Lerngruppe anknüpfen. Sie sollen nicht als isolierte und aufgesetzte Highlights im Raum stehen, sondern Kontinuität zum Unterricht in der Schule aufzeigen, d. h. diesen ergänzen und erweitern.

Um das zu gewährleisten ist eine enge Kooperation zwischen der Chemiedidaktik und den Lehrkräften an den Partnerschulen notwendig. In diesem Sinne finden regelmäßige Treffen zwischen den Lehrerinnen und Lehrern der Partnerschulen und den Vertretern der Wuppertaler Chemiedidaktik statt. Dabei werden die Unterrichtsinhalte diskutiert und mögliche, darauf aufbauende Inhalte in Erwägung gezogen bzw. ausgewählt. Zu diesen ausgewählten Inhalten werden in der Universität Experimente sowie schriftliche und elektronische Arbeitsmaterialien entwickelt. Die Materialien werden an die Partnerschulen verschickt und dort von den Lehrkräften an die Schülerinnen und Schüler verteilt. Diese kommen insofern vorbereitet zum Labothek-Nachmittag, als sie wissen, was sie erwartet.

Die Schülergruppen werden bei den Labothek-Nachmittagen von ihrer Lehrkraft begleitet. Jede Gruppe durchläuft pro Nachmittag in der Regel eine bis zwei der vier angebotenen Experimentierstationen, die von jeweils einer Mitarbeiterin oder einem Mitarbeiter der Chemiedidaktik betreut werden. Es wird in der Regel ca. 2 Stunden experimentiert. Danach werden die Ergebnisse in Gruppen und mithilfe der Arbeitsblätter und Computeranimationen ausgewertet. In einer gemeinsamen Sitzung referiert jede Gruppe im Plenum über ihre Ergebnisse und Erkenntnisse. Dabei verwenden die Schülerinnen und Schüler neben handschriftlichen Unterlagen auch Tafel, Laptop und Beamer. Offen gebliebene und neu auftretende Fragen werden gemeinsam diskutiert. Die Schüler nehmen ihre Labothek-Unterlagen mit, denn auf das Gelernte wird auch im anschließenden Unterricht eingegangen.

Die Inhalte von zwei Labothek-Zyklen, die bereits mit mehr als 10 Schülergruppen erfolgreich durchgeführt wurden, sind hier angeführt (weitere Zyklen sind in Planung):

Labothek-Zyklus zum Kursthema "Licht, Farbe, Farbstoffe" (Q2)

  • Station 1

    • Herstellung von phosphoreszierenden Proben (Borsäure/Fluoreszein und Borsäure/H-Säure)
    • Erzeugung und Untersuchung der Echtfarben-Emissionsspektren der hergestellten Proben
    • Untersuchung der Temperaturabhängigkeit der Phosphoreszenzdauer

  • Station 2

    • Photochemische Erzeugung von Ozon aus Sauerstoff und Nachweise durch UV-Absorption (Schatten-Test), durch Chemilumineszenz einer Safranin T-Lösung (Leucht-Test) und durch Ozonolyse (Luftballon-Test)
    • (Dunkel)Reaktion von Ozon mit kurzkettigen Alkenen (Ethen, Isobuten)
    • (Photo)Abbau von Ozon durch Chlor-Radikale

  • Station 3

    • Bestrahlung von Blättern im UV-Tauchlampenreaktor in einer CKW-Atmosphäre
    • Extraktion und DC von Blattpigmenten aus bestrahlten und unbestrahlten Blättern

  • Station 4

    • Fertigung einer Maske für die Nyloprint-Druckplatte
    • Belichtung der Rohplatte durch die Maske
    • Auswaschen der nicht gehärteten Bereiche
    • Nachhärten durch erneute Bestrahlung

Labothek-Zyklus zum Kursthema "Elektrochemie" (Q1)

  • Station 1

    • Messungen (U und I) mit der photogalvanischen 2-Topf-Zelle (KBr(aq)/TiO2/ITO//HCl(aq)/Pt)
    • Nachweise der Produkte an der Pt-Elektrode und an der TiO2-Elektrode

  • Station 2

    • Messungen (U und I) mit der photogalvanischen 1-Topf-Zelle (EDTA(aq)/TiO2/ITO/Pt-Rasierscherblatt)
    • Messung der Auswirkungen von farbigem Licht (gefiltert und LEDs)

  • Station 3

    • Temperaturabhängigkeit der elektrischen Leitfähigkeit eines Wolframdrahtes
    • Temperaturabhängigkeit der elektrischen Leitfähigkeit einer Siliciumscheibe
    • Temperaturabhängigkeit der elektrischen Leitfähigkeit einer KBr-Lösung
    • Virtuelle Experimente und Computeranimationen zur modellhaften Erklärung der elektrischen Leitfähigkeit in Metallen, Halbleitern und Lösungen

  • Station 4

    • Sensibilisierung der ITO/TiO2-Photoelektrode mit Anthocyanfarbstoffen aus Himbeersaft
    • Herstellung einer Gegenelektrode aus graphitisiertem Glas
    • Die photoelektrochemische Zelle (modifizierte Grätzel-Zelle): Zusammenbau und Messungen
    • Multimedia-Baustein zur photoelektrochemischen Zelle: Erschließung der Funktionsweise

Labothek-Zyklus zum Kursthema "Innovative Kunststoffe"

  • Station 1

    • Einfärbung eines Photolacks mit einem Fluoreszenzfarbstoff
    • Herstellung einer fluoreszierenden Kunststoffscheibe durch photoinduzierte radikalische Polymerisation
    • Untersuchung der Fluoreszenz

  • Station 2

    • Herstellung einer leitfähigen Polypyrrolfolie durch anodische Polymerisation
    • Leitfähigkeitsmessung der Polypyrrolfolie und Aufnahme einer Strom-Spannungs-Kennlinie

  • Station 3

    • Herstellung einer low-cost Eigenbau-OLED nach Spincoating-Verfahren
    • Test der OLED auf Leuchtkraft
    • Aufnahme einer Strom-Spannungs-Kennlinie

  • Station 4

    • Untersuchung eines Handy-Displays unter dem Mikroskop und Betrachtung der RGB-Matrix
    • Aufbau eines Modell-Displays mithilfe eines Kosmos Programmier-Kastens
    • Erstellung eines Programms zur Verwendung des gebauten Modell-Displays (Interdisziplinär: Physik und Informatik)

2. Wieso, weshalb, warum?

Wer, wie, was, wieso, weshalb, warum? - die Sesamstraße lässt grüßen. In der Tat ist die frühe Heranführung von Kindern an die Naturwissenschaften notwendig. Mehrere Arbeitsgruppen haben diese Herausforderung angenommen und agieren erfolgreich. Das ist gut so.

Was in der Wuppertaler Labothek geboten wird, ist jedoch keine Anfangschemie. Da die Schwerpunkte der Wuppertaler Fachdidaktik im Bereich der experimentellen und didaktischen Erschließung neuer, zukunftsrelevanter Themen aus Wissenschaft und Technik liegen, knüpfen die Labothek-Themen an Unterrichtsinhalte der Sekundarstufe II an. Es ist ein Hauptanliegen der Labothek, Schülerinnen und Schüler mit den wesentlichen Aspekten wissenschaftlichen Arbeitens an der Universität vertraut zu machen. Durch den oben beschriebenen organisatorischen Ablauf der Labothek-Nachmittage haben die Schülerinnen und Schüler Gelegenheit, sowohl ihre Experimentiertechnik als auch ihren Kenntnishorizont zu erweitern. Sie bauen ihre Fähigkeit zur wissenschaftlichen Auswertung experimenteller Befunde aus und verbessern ihre Kompetenzen bei der Präsentation eigener Arbeitsergebnisse und bei der Kommunikation über naturwissenschaftliche Sachverhalte - PISA und scientific literacy lassen grüßen.

Auf diese Weise sollen Schülerinnen und Schüler durch die Labothek für ein Studium der Chemie oder für andere naturwissenschaftliche und ingenieurwissenschaftliche Studiengänge motiviert werden. Für Lehrerinnen und Lehrer der Partnerschulen bietet die Labothek Hilfen zur inhaltlichen und organisatorischen Belebung des Kursunterrichts an. Das läuft gut, denn zwischen ihnen und den Vertretern der Wuppertaler Fachdidaktik stimmt die Chemie. Die Labothek soll nicht zuletzt als Prüfstein für die Tauglichkeit der neu entwickelten Experimente, Materialien und Konzepte dienen und somit zur Qualitätssicherung der Ergebnisse fachdidaktischer Forschung dienen.