Die hier vorgestellten Videos sind Teil des Projektes "U2: Quantenspiegelungen" vom Institut für Didaktik der Physik der Universität Münster. Mathematisch fundierte Visualisierungen eröffnen Schritt für Schritt einen Zugang zu moderner Atomphysik – vom Wasserstoffatom bis zum Periodensystem der Elemente. Was haben Obertöne mit dem Periodensystem der Elemente zu tun? Welchen Zusammenhang gibt es zwischen schwingenden Elektronen im Atom und dem Spektrum einer schwingenden Saite? Die Quantenspiegelungen eröffnen einen visuellen Zugang zur Quantenphysik . Aus einfachen Schwingungsmustern der Gitarrensaite entsteht dabei durch Spiegelungen, Drehungen und Verknotungen das komplette Periodensystem der Elemente.

In dieser handlungsorientierten Unterrichtseinheit zum Thema "Periodensystem der Elemente" ordnen die Schülerinnen und Schüler – basierend auf der Kenntnis erster Elementfamilien – weitere Elemente verschiedenen Familien zu und "puzzeln" so einen Teil des Periodensystems der Elemente (PSE) selbstständig zusammen.In dieser Unterrichtseinheit wird zur Vereinfachung bei dem selbst zu erstellenden Periodensystem der Elemente (PSE) die Zahl der Elemente reduziert. Die Vorenthaltung von mindestens einem Element erzeugt dabei eine Lücke. Diese fungiert als Pendant der Elemente, die zu Mendelejews Zeiten noch nicht bekannt waren. Der Effekt dient zum einen der Anknüpfung an die Wissenschaftsgeschichte, zum anderen demonstriert die Lücke durch die Vorhersagbarkeit eines unentdeckten Elementes (und seiner Eigenschaften) die Schlüssigkeit des Systems auf eindrucksvolle Weise! Schließlich ordnen die Schülerinnen und Schüler auch noch die Edelgase in den PSE-Entwurf ein. Darauf aufbauend ergibt sich zwangsläufig die Frage nach dem Atombau. Abschließend werden die Erkenntnisse mithilfe eines interaktiven Periodensystems gefestigt. Den Schülerinnen und Schülern wird in dieser Unterrichtseinheit klar, was hinter der PSE-Systematik steckt. Sie lernen, mit diesem elementaren Werkzeug der Chemie sicher umzugehen.Die Unterrichtseinheit zum Periodensystem zeigt, wie man historische Wege der Erkenntnis nutzen kann, um die Schülerinnen und Schüler Sachverhalte eigenständig entdecken zu lassen. Unterrichtsmethodisch wird der frontale Lehrgang mit stark offenen Unterrichtsformen verschränkt. Voraussetzungen und Einstieg in die Thematik Die Schülerinnen und Schüler werden mit der "historischen" Aufgabe konfrontiert, in ein Element-Sammelsurium Ordnung zu bringen. Per Elemente-Puzzle zum PSE In Paarabeit experimentieren die Schülerinnen und Schüler mit einem Kartensatz ausgewählter Elemente und testen verschiedene Ordnungsstrategien. Präsentation und Ergebnissicherung Eine Gruppe ordnet das PSE-Puzzle an der Tafel. Die Edelgase werden ergänzt und die dem PSE zugrunde liegenden Ordnungskriterien gesichert. Übergang zum Atommodell Die Schülerinnen und Schüler lernen die historische Entwicklung des Atommodells kennen und festigen die Erkenntnisse mithilfe eines interaktiven Periodensystems. Fachkompetenz Die Schülerinnen und Schüler ordnen auf Basis ihres Vorwissens Elemente eigenständig Elementfamilien zu. beschreiten historische Wege der Erkenntnis selbst. erweitern und vernetzen vorhandenes Wissen zu den Elementen und ihren Eigenschaften vertikal und horizontal. Medienkompetenz Die Schülerinnen und Schüler stellen ihre Ergebnisse auf geeignete Weise dar und teilen sie mit. Sozialkompetenz Die Schülerinnen und Schüler arbeiten selbstständig. arbeiten kooperativ.

Diese Unterrichtseinheit handelt vom Aufbau der Atome und wie im Periodensystem der Elemente die Anzahl an Protonen, Elektronen, Neutronen und Schalen abgelesen beziehungsweise berechnet werden können. Diese Unterrichtseinheit beginnt mit einer Abbildung von mit Helium befüllten Ballons. Viele Lernende dürften bereits wissen, dass sich in solchen Ballons Helium befindet. Im Periodensystem der Elemente (PSE) wird gemeinsam das Element Helium ausfindig gemacht. Als Überleitung dient die Frage, weshalb sich Helium genau an dieser Stelle im PSE befindet. Zur Klärung dieser Frage wird den Schülerinnen und Schülern das Erklärvideo im Plenum vorgespielt. Daraufhin wird die relative Atommasse sehr vereinfacht eingeführt, da die genauere Erklärung der Maßeinheit u (über 1/12 der Masse eines Kohlenstoffatoms) die Lernenden erfahrungsgemäß unnötig verwirrt. Die Berechnung der Anzahl der Neutronen schließt sich an. Am Schluss des Videos wird erklärt, wo im PSE die Anzahl an Schalen abgelesen werden kann und wie viele Elektronen in jede Schale passen. Anschließend erfolgt die Sicherung durch das Besprechen des Lückentextes. Als Zirkelschluss wird erneut die Position des Heliums im PSE aufgegriffen und zur Besprechung ein Schalenmodell eines Heliumatoms gezeigt. Anhand dieses Schalenmodells wird die Position des Heliums im PSE, die Anzahl an Protonen, Elektronen und Schalen und die relative Atommasse sowie die Berechnung der Anzahl an Neutronen wiederholt. In der Folgestunde wird das Ablesen der genannten Informationen im PSE anhand der Arbeitsblätter 2 und 3 durch die Schülerinnen und Schüler geübt. Ergänzend dazu gibt es interaktive Übungen , um das Wissen der Lernenden zu festigen und zu vertiefen. Als Motivation für diese Unterrichtseinheit dient eine Abbildung von heliumgefüllten Ballons, da einige Schülerinnen und Schüler bereits wissen, dass sich in solchen Ballons Helium befindet. Damit knüpft der Einstieg an die Lebenswelt der Lernenden und an ihre chemische Vorbildung an. Um auf das Thema überzuleiten, wird Helium im PSE ausfindig gemacht und es wird durch die Lehrkraft auf die Position des Heliums in der 1. Periode mit der Ordnungszahl 2 hingewiesen. Die Frage, was dies für den Atombau zu bedeuten hat, wird aufgeworfen. Zur Klärung dieser Frage schauen sich die Schülerinnen und Schüler das Erklärvideo an. Im Anschluss erhalten die Lernenden Arbeitsblatt 1, das einen Lückentext enthält, den sie in Paararbeit mithilfe von vorgegebenen Wörtern ausfüllen. Die Paararbeit dient dazu, dass die Schülerinnen und Schüler sich bei Unsicherheiten besprechen können. Falls gewünscht, können die Schülerinnen und Schüler das Erklärvideo als Hilfe verwenden, da sie es sich auf ihren mobilen Endgeräten erneut anschauen können. Der Vorteil hierbei ist, dass die Zweiergruppen in ihrer eigenen Geschwindigkeit das Video anschauen, stoppen und zurückspulen können. Das Erklärvideo enthält zwar Hintergrundmusik, alle nötigen Informationen sind jedoch in schriftlicher Form dargestellt, sodass kein Ton für das Verstehen des Videos benötigt wird. So wird ermöglicht, dass viele Lernende gleichzeitig in einem Klassenzimmer das Video anschauen können. Durch das vorherige gemeinsame Anschauen des Videos kennen die Lernenden den ungefähren Ablauf und können direkt an die Stelle spulen, die sie als Hilfe für das Bearbeiten des Arbeitsblattes benötigen. Zur Binnendifferenzierung können die vorgegebenen Wörter auf dem Arbeitsblatt gelöscht werden und der Lückentext lediglich mithilfe des Videos ausgefüllt werden. Dies eignet sich für die stärkeren Schülerinnen und Schüler. In der Sicherungsphase sammelt die Lehrkraft die Antworten der Lernenden auf dem Arbeitsblatt, indem die Schüler und Schülerinnen die ausgefüllten Sätze vorlesen und die Lehrkraft die Lücken auf dem Arbeitsblatt unter der Dokumentenkamera ausfüllt. Als Zirkelschluss am Ende der Stunde wird erneut das Element Helium aufgegriffen. Dieses Mal wird den Lernenden das Schalenmodell eines Helium-Atoms präsentiert und das in dieser Stunde Erlernte wird in Bezug auf die Position des Elements Helium im Periodensystem der Elemente während eines gemeinsamen Gespräches wiederholt. Die Folgestunde dient als Übungsstunde, in der die Zusammenhänge zwischen der Position eines Elements im Periodensystem und dem Atombau eingeübt und gefestigt werden. Als Motivation wird den Schülerinnen und Schülern das Element Natrium im Original präsentiert und seine Position im PSE gemeinsam ausfindig gemacht. Zur Erarbeitung erhalten die Schülerinnen und Schüler Arbeitsblatt 2, auf dem sie den PSE-Eintrag des Natriums beschriften (Ordnungszahl, relative Atommasse), die Berechnung der Anzahl an Neutronen erklären und eine beschriftete Zeichnung des Schalenmodells eines Natrium-Atoms anfertigen. Auch hier wird auf Paararbeit zurückgegriffen, damit die Schülerinnen und Schüler sich gegebenenfalls bei Unsicherheiten besprechen können. Anschließend erfolgt die Sicherung mithilfe von Präsentationen durch die Schülerinnen und Schüler, währenddessen ihre Leistung honoriert wird. Zur weiteren Übung und Festigung erhalten die Lernenden Arbeitsblatt 3, das sie nun in Einzelarbeit bearbeiten sollen, um zu überprüfen, ob sie die Thematik verstanden haben. Die Sicherung erfolgt wieder durch Präsentationen. Fachkompetenz Die Schülerinnen und Schüler beschreiben die Ordnungszahl als Angabe der Anzahl von Protonen und Elektronen eines Atoms. erklären die Berechnung der Anzahl von Neutronen eines Atoms mithilfe der relativen Atommasse. beschreiben die Periode als Anzahl von Schalen eines Atoms. ermitteln mithilfe des Periodensystems der Elemente die Anzahl an Atombestandteilen eines Atoms und fertigen eine Zeichnung des Schalenmodells an. Sozialkompetenz Die Schülerinnen und Schüler üben während der Paararbeitsphasen soziale Kompetenzen ein. präsentieren ihre Ergebnisse adressatengerecht.

Diese Unterrichtseinheit handelt von den Isotopen des Elements Kohlenstoff, die sich in der Anzahl ihrer Neutronen unterscheiden. Diese Unterrichtseinheit beginnt mit einer Abbildung der Eismumie "Ötzi", die 1991 in den Ötztaler Alpen gefunden wurde. Der Todeszeitpunkt dieser Mumie wurde mithilfe der 14C-Methode auf circa 3300 Jahre vor Christus bestimmt. Lehrkraft, Schülerinnen und Schüler ermitteln gemeinsam die Position des Elements Kohlenstoff im Periodensystem der Elemente und nach Klärung der Frage, um was es sich hier bei der Zahl 14 handelt, entdecken die Lernenden die Diskrepanz zwischen dem PSE-Eintrag des Elements Kohlenstoff mit einer relativen Atommasse von 12 u und der Angabe von 14 u laut 14C-Methode. Anschließend stellen die Schülerinnen und Schüler Hypothesen auf, durch welche(n) Atombestandteil(e) diese Diskrepanz zustande kommt. In den folgenden Stunden erarbeiten sich die Lernenden die Grundlagen der 14C-Methode (auch als Radiokarbonmethode bekannt) und überprüfen abschließend ihre aufgestellten Hypothesen. Dazu stehen Ihnen zwei Arbeitsblätter zur Verfügung. Die Schülerinnen und Schüler können ihr Wissen mit interaktiven Übungen zum Thema festigen und vertiefen. Als Motivation für die erste Stunde dieser Unterrichtseinheit dient eine Abbildung von der Eismumie "Ötzi", die im Südtiroler Archäologiemuseum in Bozen ausgestellt ist. Die Schülerinnen und Schüler werden mit der Frage konfrontiert, wie Forschende das Alter von solchen archäologischen Funden bestimmen können. Eventuell hat eine interessierte Schülerin oder ein interessierter Schüler bereits Kenntnis von der Materie und kann davon berichten. Wenn nicht, dann erläutert die Lehrkraft, dass hier die Altersbestimmung mithilfe der 14C-Methode stattgefunden hat und Ötzi vor circa 5300 Jahren gestorben ist. Nun erfolgt die Überleitung zu 14C mit der Frage, wofür hier die Zahl 14 steht. Da die Schülerinnen und Schüler bisher nur drei Zahlen in Verbindung mit dem Atombau kennengelernt haben (Ordnungszahl, Nummer der Periode, relative Atommasse), äußert früher oder später eine Schülerin oder ein Schüler eventuell die Vermutung, dass es sich um die relative Atommasse handeln könnte. Durch diese Diskussion wird das Vorwissen der Lernenden aktiviert und durch den Vergleich mit der Position des Elements Kohlenstoff im PSE auf die Probe gestellt. Die Schülerinnen und Schüler stellen Vermutungen an, welche Ursache die Abweichung in der relativen Atommasse haben könnte. Die Lehrkraft notiert die Vermutungen an der Tafel und leitet zur Erarbeitungsphase mithilfe des Textpuzzles über. Hier wird außerdem Wissen aus der vorhergehenden Unterrichtseinhiet "Atombau und Periodensystem der Elemente" abgerufen. Das Methodenwerkzeug Textpuzzle eignet sich hervorragend, um die Lernenden zu einer intensiven Auseinandersetzung mit dem Text zu animieren, da nur so die richtige Reihenfolge der Textbruchstücke gefunden werden kann. In der Sicherungsphase wird der Text durch das Vorlesen der kompletten Textbruchstücke durch die Lernenden noch einmal wiederholt, was ebenfalls zur Festigung des neuen Lernstoffes beiträgt. Als Zirkelschluss werden die Vermutungen der Lernenden vom Anfang der Stunde erneut aufgegriffen und auf ihre Richtigkeit hin analysiert. Hier wird besprochen, dass es sich nicht um eine Abweichung in der Anzahl der Protonen handeln kann, da sich so die Ordnungszahl verändern und es sich somit nicht um Kohlenstoff handeln würde. Das Aufstellen und Überprüfen von Hypothesen fördert das wissenschaftliche Denken der Lernenden. Als Übung und Selbstüberprüfung dient die Tabelle auf Arbeitsblatt 1, entweder noch in dieser Stunde oder als Hausaufgabe. Die zweite Stunde beginnt mit der Wiederholung beziehungsweise der Besprechung der Tabelle. Als Motivation folgt die Abbildung der Champagnerflaschen und die Erläuterungen der Lehrkraft über Namensgebung und Herkunft von Champagner. Zu diesem Zwecke wird den Schülern die Landkarte von Frankreich präsentiert. Als Überleitung dient die Überlegung, dass ja auch günstiger Sekt einfach als Champagner verkauft werden könnte, um eine Gewinnmaximierung zu erreichen. Zur Überprüfung der Herkunft von Champagner wird den Schülerinnen und Schülern das Wassermolekül präsentiert und durch die Lehrkraft erläutert, dass nicht nur das Element Kohlenstoff, sondern viele Elemente, darunter Wasserstoff und Sauerstoff, verschiedene Isotope aufweisen und dass sich das Isotopenverhältnis im Wasser je nach Region unterscheidet . Dabei ergibt sich die Frage, welche Isotope die Elemente Wasserstoff und Sauerstoff besitzen und ob noch weitere Elemente für den Herkunftsnachweis verwendet werden können. Zur Klärung dieser Frage bearbeiten die Lernenden Arbeitsblatt 2 in Einzelarbeit, da sie auf sich allein gestellt am besten überprüfen können, ob sie die Thematik verstanden haben. Bei der sich anschließenden Sicherungsphase durch Präsentationen werden die Leistungen der Schülerinnen und Schüler entsprechend gewürdigt. Als Zirkelschluss dient die Tabelle "Was aus Stabil-Isotopen-Verhältnissen abgeleitet werden kann", anhand derer die jeweiligen Unterschiede der abgebildeten Isotope wiederholt werden. Hier können auch weitere Anwendungsmöglichkeiten besprochen werden. Fachbezogene Kompetenzen Die Schülerinnen und Schüler beschreiben die 14C-Methode als Möglichkeit der Altersbestimmung archäologischer Funde. nennen die Anzahl der Neutronen als Unterschied zwischen den Isotopen eines Elements. berechnen anhand der relativen Atommasse eines Isotops die Anzahl der Neutronen. beschreiben das Isotopenverhältnis als Möglichkeit der Herkunftsbestimmung, zum Beispiel von Champagner. Sozialkompetenz Die Schülerinnen und Schüler üben während der Paararbeitsphasen soziale Kompetenzen ein. präsentieren ihre Ergebnisse adressatengerecht.

Heutzutage besitzt fast jede Schülerin und jeder Schüler ein Mobiltelefon, in den meisten Fällen handelt es sich um ein Smartphone. Im Unterricht ist deren Nutzung oftmals verboten. Folgender Beitrag soll verdeutlichen, dass der Einsatz von Smartphones das unterrichtliche Geschehen aber durchaus auch positiv beeinflussen kann.Smartphones spielen im Leben der Lernenden eine wichtige Rolle. So nutzen sie die mobilen und internetfähigen Geräte unter anderem zur alltäglichen Kommunikation und Organisation. Dieser Unterrichtsvorschlag zeigt, dass ein Verbot nicht der einzige Weg ist, wie Lehrkräfte mit Smartphones im Unterricht umgehen können. Über Risiken und Chancen aufklären Smartphones gehören zur Lebenswelt von Schülerinnen und Schülern und sind fest in deren Alltag integriert. Für Lehrkräfte stellt sich nicht nur die Aufgabe, Jugendliche über das Missbrauchs- und Gefahrenpotenzial von Smartphones aufzuklären und sie in ihrer Medienkompetenz zu schulen, es gilt auch, das Potenzial der Geräte für den Unterricht zu erkennen und zu nutzen. Wie dies gelingen kann, zeigt diese Unterrichtseinheit. Ablauf Einsatz von Smartphones im Unterricht Einige allgemeine Informationen zu Smartphones sowie konkrete Tipps für den Einsatz der Geräte im Unterricht stehen Ihnen auf dieser Seite zur Verfügung. Fachkompetenz Die Schülerinnen und Schüler wissen, was Applikationen sind und wissen, wie man sie nutzt. Medienkompetenz Die Schülerinnen und Schüler suchen mithilfe des Smartphones nach Informationen. notieren sich Termine im Kalender ihres Mobiltelefons. erlernen, wie sie verschiedene Apps sinnvoll im Schullalltag anwenden können (zum Beispiel Fremdsprachen-Lexika, das Periodensystem, Stundenpläne). Sozialkompetenz Die Schülerinnen und Schüler halten sich an die Regel, ihre Smartphones nur für schulische Zwecke zu nutzen und nicht für private Angelegenheiten. sind sich darüber bewusst, dass ein Schummeln in Prüfungen mithilfe eines Smartphones untersagt ist. schaden keinem anderen durch die Nutzung ihres Smartphones (zum Beispiel Unterlassen bloßstellender Aufnahmen von Mitschülerinnen und Mitschülern im Unterricht). Was ist ein Smartphone? Im Gegensatz zu älteren Modellen agieren Smartphones eher wie ein Computer. Über sie hat man die Möglichkeit, im Internet zu surfen und verschiedene Applikationen , Softwareprogramme und Anwendungen auf das Gerät herunterzuladen. Nutzungsgewohnheiten von Jugendlichen 96 Prozent aller 12- bis 19-jährigen besitzen nach der aktuellen JIM-Studie inzwischen ein eigenes Mobiltelefon (Medienpädagogischer Forschungsverbund Südwest/JIM-Studie 2013). Auch der Zugang zu mobilem Internet hat sich weiter verbreitet - und damit die Nutzung von Apps. Vorteile, die sich aus der Nutzung für den Unterricht ergeben Gerade weil das Smartphone als fester Bestandteil der Lebenswelt der Lernenden gelten kann und sich viele Schülerinnen und Schüler sowieso über dessen Verbot an Schulen hinwegsetzen, sollte über einen produktiven Gebrauch der mobilen Geräte im Unterricht nachgedacht werden. Zum einen kommen Sie so den Lernenden entgegen, zum anderen können Sie die mobilen Endgeräte sehr vielfältig ins unterrichtliche Geschehen integrieren. Für kleinere Recherchen im Internet reichen Smartphones zum Beispiel vollkommen aus. Praktisch kann das vor allem dann sein, wenn nicht für jede Schülerin und jeden Schüler ein Laptop oder ein Computer zur Verfügung steht. Auch Termine und Hausaufgaben können einfach und übersichtlich im Smartphone abgespeichert werden, was den jugendlichen Nutzungsgewohnheiten oft stärker entspricht als das schriftliche Eintragen in einem Hausaufgabenheft. Nachteile, die sich aus der Nutzung für den Unterricht ergeben Natürlich hat die Nutzung von Smartphones im Unterricht nicht nur positive Seiten. Während Klassenarbeiten erleichtern sie das Spicken und auch die Aufnahme von Videos oder Fotos von Mitschülerinnen und Mitschülern, aber auch von Lehrkräften, kann zu erheblichen Problemen führen. Generell erfolgt die Arbeit mit dem Smartphone im Unterricht auf Vertrauensbasis, die Lehrkraft hat kaum eine Möglichkeit, wirklich zu kontrollieren, für welchen Zweck die Lernenden ihr Smartphone im Unterricht nutzen. Dennoch scheint es der bessere Weg zu sein, Smartphones zu akzeptieren und sie sinnvoll einzusetzen, anstatt sie gänzlich zu verbieten. Unterrichtsbeispiel 1: Nutzung eines Kalenders Machen Sie Ihren Schülerinnen und Schülern das Angebot, dass sie ihr Smartphone im Unterricht einsetzen dürfen, solange sie damit zuverlässig arbeiten und es nicht als Ablenkung gebrauchen. So können sie beispielsweise ihre Termine in der Kalender-Anwendung ihres Smartphones notieren statt einen Papier-Kalender dafür zu benutzen. Vereinbaren sie gemeinsam einen Zeitraum, in dem die Lernenden unter Beweis stellen können, dass sie Ihr Vertrauen nicht missbrauchen und die mobilen Geräte nur zu schulischen Zwecken verwenden. Funktioniert der Einsatz von Smartphones im Unterricht, gibt es eigentlich keinen Grund, sie zu verbieten. Natürlich muss ein solches Vorhaben mit dem Kollegium und der Schulleitung abgesprochen werden. Unterrichtsbeispiel 2: Anwendung nützlicher Applikationen Sammeln Sie zusammen mit Ihrer Klasse Beispiele für nützliche Applikationen - kurz Apps - für den Schulalltag. Das können zum Beispiel Fremdsprachen-Lexika, das Periodensystem oder Stundenplan-Apps sein. Die Mehrzahl der Schülerinnen und Schüler wird sich besser auskennen als Sie selbst. Sie sollten demnach bereit sein, auch Hilfe von den Lernenden anzunehmen. Es gibt viele nützliche Programme, die sich gut im Unterricht einsetzen lassen. Die Liste lässt sich von Zeit zu Zeit ergänzen. Es bietet sich an, eine verbindliche Vereinbarung mit den Lernenden zu treffen. Sie können mit den Schülerinnen und Schülern gemeinsam festlegen, für welche Zwecke sie ihr Smartphone im Unterricht nutzen dürfen. Zum Beispiel kann die Nutzung bestimmter Apps im Unterricht erlaubt sein, das Schreiben von Nachrichten oder das Nutzen von sozialen Netzwerken jedoch nicht. Alle diese vorgestellten Argumente scheinen dafür zu sprechen, dass die Erlaubnis von Smartphones im Unterricht zumindest einen Versuch wert ist. Missbrauchen die Lernenden die Erlaubnis, ist ein Verbot schnell wieder eingeführt. Versuchen Sie also, Handys durch die Nutzung von sinnvollen Apps in den Unterricht einzubinden. Wenn Sie sich vorher selbst über geeignete Applikationen informieren wollen, können Sie im Internet eine ganze Menge Informationen finden. Wenn Sie ein eigenes Smartphone besitzen, bietet es sich an, die Apps vorher auszuprobieren, um aus eigener Erfahrung sprechen zu können.