Die hier vorgestellten spielerischen Versuche zur Auftrennung gängiger Faserstift-Farben und die folgende wissenschaftlich exakte Identifizierung von Inhaltsstoffen gängiger Schmerztabletten mithilfe von Referenzsubstanzen sind der Garant für eine hohe Motivation der Lernenden. Modellierungen mit Excel veranschaulichen den Begriff des multiplikativen Gleichgewichts bei der Chromatographie.Die Experimente zur Chromatographie verdeutlichen die Bedeutung der Trennmethode und geben Denkanstöße zu anderen Themenbereichen - bis hin zur DNA-Analyse oder dem Nachweis von toxischen Verunreinigungen oder Fremdsubstanzen in Modedrogen. Vor den praktischen Übungen werden mit einem Tabellenkalkulationsprogramm (hier Excel) die Verteilungsvorgänge bei der Dünnschichtchromatographie (Austauschvorgänge zwischen mobiler und fester Phase) mathematisch modelliert und grafisch dargestellt. Die Lernenden verstehen die Verteilungsvorgänge mithilfe des Computers als ?Zeichen- und Rechenknecht?. In der Unterrichtseinheit verbinden sich somit am Computer entwickelte Modellvorstellungen mit greifbaren Versuchsergebnissen. 1. Stunde: Chromatographie - eine revolutionäre Technik Allgemeine Hinweise zur Dünnschichtchromatographie 2. Stunde: Mathematische Simulation der multiplikativen Verteilung Mit Excel-Dateien wird die multiplikative Verteilung von zwei zu trennenden Stoffen berechnet und in Diagrammform dargestellt. 3. Stunde: Chromatographie von Farbstoffgemischen Einstieg in die Chromatographie-Praxis: Hier finden Sie Hinweise zur Durchführung, Ergebnisbeispiele und eine ausführliche Versuchsanleitung für die Lernenden. 4. Stunde: Chromatographie von Schmerzmitteln Die Schülerinnen und Schüler analysieren die Bestandteile eines Schmerzmittels und nutzen das Internet, um die Medikamenten-Marke zu bestimmen. Weitere Versuchsvorschläge und Anregungen Experimente zur Trennung von Pflanzenfarbstoffen Die Schülerinnen und Schüler sollen die Verteilung von Farbstoffen mithilfe einer vorgegebenen Excel-Datei bei unterschiedlichen Verteilungskoeffizienten simulieren und die Auswirkungen an der Excel-Grafik ablesen. an einigen Beispielen die zugrunde liegende Excel-Rechenanweisungen zur Konzentrationsberechnung nachvollziehen. experimentell sauber arbeiten und Versuchsprotokolle führen können. in einem Versuch zur Trennung von Farbstoffgemischen erleben, dass die Dünnschichtchromatographie überraschende Ergebnisse liefert. in einem Versuch zur Trennung von Schmerzmitteln die Komponenten einer Schmerztablette identifizieren und mithilfe von Internetrecherchen einem Markennamen zuordnen oder die Auswahl der in Frage kommenden Produkte eingrenzen. weitere Versuche durchführen (Trennung von Paprika-, Curry- und Blattfarbstoffen). Das Wort "Chromatographie" (aus dem Griechischen) bedeutet "mit Farbe schreiben" (chroma = Farbe, graphein = schreiben). In der Chemie fasst man unter diesem Begriff keine Maltechnik, sondern eine Reihe von Techniken zur analytischen Trennung von Stoffen zusammen: Papier-, Dünnschicht-, Gaschromatographie und noch weitere moderne Methoden. Die Chromatographie war und ist für die Naturstoff- und Biochemie von sehr großer Bedeutung, da man mit ihr Stoffgemische sehr leicht trennen und die Bestandteile identifizieren kann. Erwin Chargaff hat zum Beispiel mithilfe chromatographischer Techniken einen wesentlichen Beitrag zur Strukturaufklärung der DNA geleistet. In modernen Labors werden Chromatographien automatisiert durchgeführt und per Computer ausgewertet. Feste Phase Bei der Dünnschicht-Chromatographie benutzt man eine feste Phase auf einem Trägermaterial (Alufolie, Plastikfolie oder Glasplatte), an der die zu untersuchenden Stoffe getrennt werden. Die feste Phase kann zum Beispiel Cellulose, Aluminiumoxid oder Kieselgel sein. Sie ist sehr fein und gleichmäßig auf dem Trägermaterial verteilt. Mobile Phase: Das Laufmittel Die flüssige Phase bewegt sich durch Kapillarkräfte durch die feste Phase und transportiert dabei die Stoffe des Substanzgemisches. Auftragung der Substanzproben Auf die Dünnschichtchromatographie-Folie trägt man mithilfe einer Kapillare die Proben punktförmig entlang einer Startlinie auf und lässt sie eintrocknen. Nach dem Auftragen der Proben stellt man die Folie aufrecht in einen Chromatographie-Tank, der gerade soviel von der mobilen (flüssigen) Phase enthält, dass die Startlinie mit den aufgetragenen Proben einen halben Zentimeter oberhalb des Flüssigkeitsspiegels liegt. Durch Kapillarkräfte beginnt die mobile Phase durch die feste Phase zu wandern und zieht dabei die Substanzproben mit sich. Während der Chromatographie stellt sich entlang der Laufstrecke ständig ein neues Gleichgewicht ein zwischen der Lösung des Stoffes (in der mobilen Phase) und der Adsorption des Stoffes (an die stationäre Phase). Nimmt man die Folie aus dem Gefäß und trocknet sie, so befindet sich der "Fleck" jeder Komponente der Probe auf einer ganz bestimmten Höhe des Chromatogramms (wobei sich die Farbstoffmengen der mobilen und der stationären Phase nach der Trocknung der Folie an jedem Ort jeweils addieren). Die Trennung kommt dadurch zustande, dass sich die Substanzen verschieden gut in der mobilen Phase lösen und weitertransportiert werden. verschieden fest an die feste Phase angelagern (Adsorption). Der Rf-Wert Je besser sich eine Substanz im wandernden Lösungsmittel löst und je kleiner ihre Affinität zum Trägermaterial ist, desto schneller und weiter wird sie mit dem Lösungsmittel wandern. Daraus ergibt sich als eine charakteristische Größe der Rf-Wert ("Ratio of front") der Substanz (Wanderungsstrecke der Substanz / gesamte Wanderungsstrecke des Lösungsmittels). Der maximale Rf-Wert beträgt somit 1, meist liegt er deutlich darunter. Er hängt von der chemischen Struktur der Substanz, vom Trägermaterial und vom Lösungsmittelgemisch ab (Kammmersättigung und konstante Versuchstemperatur werden vorausgesetzt). Jonas Hostettler vom Departement Chemie der Universität Basel hat ein kleines Simulationsprogramm entwickelt und für die Veröffentlichung zur Verfügung gestellt. Es eignet sich sehr gut als Ergänzung zu den eher trockenen Erklärungen der Vorgänge bei der multiplen Verteilung (Beamerpräsentation, Nutzung am heimischen Rechner oder im Computerraum). In dem ZIP-Ordner "dc_simulation_verteilung" (siehe unten) finden Sie die Datei "Verteilung.htm", mit der Sie das Programm per Mausklick starten (Abb. 1, Platzhalter bitte anklicken). Weisen Sie Ihre Schülerinnen und Schülern darauf hin, dass in den Reagenzgläsern die untere (grüne) Phase der stationären Phase, die obere (blaugrüne) Phase der mobilen Phase, also dem Fließ- oder Laufmittel, entspricht. Um die Simulation starten zu können, müssen für die beiden zu trennenden Stoffe Verteilungskoeffizienten (v) Werte eintragen werden. Mit dem Wert für "i" geben Sie die Zahl der im ersten Schritt zu simulierenden Trennschritte vor. Durch den Klick auf "Rechne!" wird dann das multiplikative Gleichgewicht für eine entsprechende Zahl von Reagenzgläsern berechnet. Die Konzentrationen der Stoffe werden als Balkendiagramme dargestellt. Dabei werden leider nur die Konzentrationen in der mobilen Phase (grün) berücksichtigt. Durch Klick auf "i+1" wird jeweils ein weiterer Trennschritt berechnet. (Aus programmiertechnischen Gründen startet die Software bei i-Werten, die größer sind als eins, jeweils beim "letzten" Trennschritt.) Die Excel-Dateien können zur Unterstützung des Unterrichtsgespräches eingesetzt werden. Dazu sind lediglich ein Präsentationsrechner und ein Beamer erforderlich. Machen Sie sich mit den Simulationen vor der Verwendung im Unterricht vertraut. Verwenden Sie am besten die Verteilungskoeffizienten 0,5 für den roten und blauen Farbstoff - hier werden die Zahlenreihen am verständlichsten. Die Funktionen und Eigenschaften der beiden Excel-Simulationen werden in den folgenden Abschnitten dargestellt. Darstellung der multiplikativen Verteilung Mit der Datei "1_multiplikative_verteilung_5_schritte.xls" (Abb. 2, Platzhalter bitte anklicken) wird eine Stofftrennung (rechnerisch) mit nur fünf Trennschritten simuliert: Die Konzentrationen eines roten und eines blauen Farbstoffs in der mobilen und der stationären Phase werden rechnerisch und grafisch dargestellt. Die Konzentrationen und die Verteilungskoeffizienten der Stoffe (rote Zahlen = roter Farbstoff, blaue Zahlen = blauer Farbstoff) lassen sich ändern. Die Ergebnisse werden jeweils in einer Grafik ("Multiple Verteilung - stationäre und mobile Phase") dargestellt, die sich den eingegeben Werten automatisch anpasst. In der Spalte B steht "GG" für die Einstellung des Gleichgewichtes, der nach rechts gerichtete Pfeil für das "Vorrücken" der Fließmittelfront. Variation der Verteilungskoeffizienten In den Feldern L2 und L4 (siehe Abb. 3) können die Verteilungskoeffizienten geändert werden (Werte zwischen 0 und 1). Experimentieren Sie mit verschiedenen Werten. Diese Felder geben an, zu welchen Anteilen die beiden Stoffe in die mobile Phase übergehen: In Feld D6 steht dann der Anteil roten Farbstoffs, der in die mobile Phase übergeht (0,25 entspricht 25 Prozent), im Feld G6 der Anteil roten Farbstoffs, den die stationäre Phase in dem jeweiligen Schritt absorbiert (1 - 0,25 = 0,75; also 75 Prozent). Um den Inhalt der Felder D6 und G6 brauchen Sie sich nicht zu kümmern - ihre Werte richten sich nach der Eingabe in L2 und L4 (Vorgabe der Verteilungskoeffizienten). Stoffmengen In den Feldern E2 und E4 (Abb. 3) können die Stoffmengen variiert werden. Werte unter zehn liefern im Graphen zu flache Kurven und werden nicht angenommen. Wie werden die Berechnungen durchgeführt? Die gelb unterlegten Felder (siehe Abb. 4 und Abb. 5) enthalten die Stoffmengen der mobilen Phase, die blau unterlegten enthalten die absorbierten Anteile der stationären Phase. Vor dem Weiterwandern der mobilen Phase, also hinter der Fließmittelfront, findet eine Gleichgewichtseinstellung statt (Abb. 4). Nach der Gleichgewichtseinstellung wandert die mobile Phase weiter - zunächst ohne erneute Gleichgewichtseinstellung (Abb. 5). Danach findet wieder eine Gleichgewichtseinstellung statt und das Fließmittel wandert wieder eine Zelle weiter - und so geht es weiter, bis fünf Trennschritte simuliert sind. Ganz unten in der Tabelle (Zeile 48 und 49, siehe Abb. 2) werden die Stoffmengen der stationären und der mobilen Phase für jeden Farbstoff und jede Zelle addiert. Diese Werte erscheinen in der Grafik. Natürlich sind fünf Trennschritte noch zu wenig, um eine scharfe Trennung der Farbstoffe zu simulieren. Dies ist mit der zweiten Excel-Datei möglich (2_multiplikative_verteilung_stat _mobil_10_schritte.xls), die zehn Trennschritte simuliert (Abb. 6, Platzhalter bitte anklicken). Dabei werden die Verteilungen in der stationären und mobilen Phase - im Unterschied zur ersten Simulation - zusammengefasst. Dies ist im Vergleich zur ersten Simulation ein Vorteil: dort müssen bei der Betrachtung der Trennschritte die Stoffmengen der mobilen und der stationären Phase jeweils addiert werden. Wieder gilt: Rote Zahlen gelten für den roten, blaue für den blauen Farbstoff. Wie funktioniert diese "Zusammenfassung" der Stoffmengen in der stationären und mobilen Phase? Betrachten wir in Abb. 7 das oval markierte Feld E14. Wir wollen gerade die Teilchenmengen berechnen, die im dritten Trennschritt anfallen. E14 wird mit zwei Teilchenmengen "versorgt": Von der Zelle davor kommt der Anteil an Substanz hinzu, der in ihr in die mobile Phase übergegangen ist ("C12*D6", also das Produkt der Werte aus den Zellen C12 und D6) und weitertransportiert wird (grüner Pfeil). Zusätzlich kommt der Inhalt der Zelle hinzu, der von der stationären Phase festgehalten (E12*G6) und nicht weiter transportiert wird (roter Pfeil). Für eine detaillierte und mehr schrittweise Betrachtung der Einzelvorgänge ist die Excel-Datei mit den fünf Schritten geeigneter - besonders für jüngere Lernende. Erfahrungsgemäß verstehen Schülerinnen und Schüler des Gymnasiums (ab Klasse 10) die gekoppelten Vorgänge in der Excel-Simulation mit zehn Schritten gut - zumal das zweite Excel-Arbeitblatt auch noch eine Grafik zeigt, die nur fünf Trennschritte darstellt (in Abb. 6 nicht dargestellt): man erkennt im Vergleich mit dem oberen Diagramm (zehn Trennschritte) deutlich den Unterschied, der sich mit der steigenden Zahl der Trennschritte einstellt. Hier noch zwei wichtige Hinweise: Sie können sich bei geöffneter Excel-Datei die verwendeten Formeln anzeigen lassen. Klicken Sie auf "Extras", "Formelüberwachung", "Formelüberwachungsmodus". Der "Klick-Rückweg" führt zur normalen Tabellendarstellung zurück. Beim Schließen der Excel-Datei sollten die vorgenommenen Änderungen nicht gespeichert werden (Abb. 8). So bleibt der Originalzustand der Simulationen erhalten. Im Rahmen einer Projektarbeit können die Schülerinnen und Schüler - je nach Interesse und Fähigkeiten - in selbständiger Arbeit das mathematische Modell zur multiplikativen Verteilung mit einer objekt-orientierten Programmiersprache wir zum Beispiel Visual Basic "automatisieren". So lassen sich über Hundert Trennschritte in einer "Schleife" berechnen. Die Diagramme der Auftrennung werden so erheblich klarer und aussagekräftiger. Mit der Dünnschichtchromatographie kann man Farbstoffgemische auftrennen und zeigen, dass eine scheinbar einfarbige Lösung oder die Farbe eines Faserschreibers oft aus vielen Einzelkomponenten unterschiedlicher Farbe besteht. Die Auftrennung verschiedenfarbiger Faserschreiber liefert - abhängig von der Herstellerfirma und der Farbe - optisch eindrucksvolle Resultate. Dabei kann zum Beispiel untersucht werden, welcher Herstellerfirma ein Faserschreiber zuzuordnen ist. Abb. 9 zeigt einige Ergebnisse aus Schülerversuchen. Die Betrachtung der getrockneten Chromatogramme unter langwelligem UV-Licht (UV-Lampe nicht auf die Augen richten beziehungsweise in die Lampe hineinsehen, im Idealfall Schutzbrillen verwenden!) zeigt - je nach Fabrikat und Farbe - schwach fluoreszierende Zusatzstoffe, die im Tageslicht die Brillanz der Farben erhöhen. Bereitgestellt werden müssen die Dünnschichtchromatographie-Folien (siehe "dc_versuch_1_farbstoffe.pdf"), Trennkammern mit Deckeln, eine Flasche mit vorbereitetem Fließmittel, ein Trichter, weiche Bleistifte (zur Markierung der Folien) und eventuell eine UV-Lampe mit umschaltbarem Wellenlängenbereich. Das verwendete Laufmittel enthält Acetonitril (siehe "dc_versuch_1_farbstoffe.pdf"). Es liefert in kurzer Zeit sehr gute Trennerfolge und ist für Schülerversuche noch zugelassen. Führen Sie den Versuch nur in einem gut ziehenden Abzug durch. Nach der Chromatographie wird Fließmittel aus den Gefäßen durch einen Trichter ins Vorratsgefäß zurückgegeben. Die Filter werden seitlich an die Gefäße gestellt und unter dem Abzug getrocknet. Achten Sie bei längerer Lagerung des Laufmittels auf den pH-Wert - er sollte bei etwa 7,0 liegen. Farbstifte bringen die Schülerinnen und Schüler mit. Achten Sie jedoch darauf, dass keine Permanentstifte verwendet werden. Als Lehrkräfte müssen wir bei den weiteren Versuchen dieser Unterrichtseinheit immer wieder auf die exakten Vorbereitungen zurückgreifen und uns darauf verlassen können, dass die Schülerinnen und Schüler selbstständig die Folien vorbereiten, die Stoffe auftragen und die Trennung sorgfältig durchführen können. Achten Sie bei diesem ersten Versuch daher besonders auf folgende Punkte: Sind alle Folien ordnungsgemäß vorbereitet? Sind auf den Folien Farbe und Fabrikat der Farbstifte vermerkt? Sind die Folien mit dem Namen der Arbeitsgruppe beschriftet? Weiß jede Arbeitsgruppe, welches Gefäß und welche Folie zu ihr gehört? Werden die Farbtupfer nicht zu dick aufgebracht? Zu viel Farbstoff führt zu verschmierten Flecken, daher gilt: Weniger ist mehr! Beim Auftragen der Proben lieber mehrmals tüpfeln - Proben dabei zwischendurch trocknen lassen. Lassen die Schülerinnen und Schüler die Folie einfach in die Chromatographiekammer fallen? Tauchen die Farbtupfer nicht in das Fließmittel ein? Vergleichen die Lernenden die Trennergebnisse mit anderen Arbeitsgruppen? Nach dem spielerischen Einsteig wird nun eine anspruchsvollere Aufgabe wissenschaftlich exakt bearbeitet. Die Datei "dc_versuch 2_schmerzmittel.pdf" (siehe unten) liefert neben einer Liste mit den benötigten Materialien eine genaue Versuchsvorschrift - von der Vorbereitung der Folie bis hin zur Auswertung der Ergebnisse unter UV-Licht (Abb. 10). Zeigen Sie den Schülerinnen und Schülern vor Versuchsbeginn die weißen Substanzen in Reinform (Acetylsalicylsäure, Coffein, Paracetamol; Sie benötigen diese Stoffe bei der Chromatoghraphie auch als Referenzsubstanzen). Sie werden gleich die Problematik erkennen, dass weiße (oder farblose) Stoffe auf dem weißen Folienbelag bei Tageslicht nicht sichtbar sind. Bei der Frage nach Möglichkeiten zum Nachweis "unsichtbarer" Substanzen können die Schülerinnen und Schüler - spätestens nach dem Hinweis auf die Geldscheinprüfung - die Begriffe UV-Licht oder Fluoreszenz ins Spiel bringen. Bitte halten Sie die vorgegebenen Stoff- und Lösungsmittelmengen ein - sie sind erprobt (siehe "dc_versuch 2_schmerzmittel.pdf"). Aspirin (Acetylsalicylsäure) in methanolischer Lösung sollte nicht zu lange aufbewahrt werden oder gar mit Luftfeuchtigkeit in Kontakt kommen. Es findet eine langsame Hydrolyse beziehungsweise Umesterung statt. Die entstehende Salicylsäure erzeugt im Chromatogramm oberhalb des Aspirins einen diffusen, blau fluoreszierenden Fleck, der sehr störend ist. Verwenden Sie daher nur frisch zubereitete Aspirinlösungen. Verwenden Sie als Analysenprobe möglichst Schmerztabletten, die entweder alle drei Vergleichssubstanzen oder mindestens zwei davon enthalten. Führen Sie den Versuch nur unter einem gut ziehenden Abzug durch und beachten Sie die Brennbarkeit der Lösungsmittel! Die Markierung der Lösungsmittelfront muss sofort nach der Entnahme der Folie aus dem Chromatographiegefäß erfolgen, sonst ist sie nicht mehr eindeutig erkennbar. Betrachten Sie nur völlig trockene Folien unter UV-Licht. Richten Sie die Lampe nie auf Augen. Weisen Sie die Schülerinnen und Schüler dauf hin, nie in die Lampe zu blicken (im Idealfall Schutzbrillen verwenden). Bei der Betrachtung der Folien unter UV-Licht (254 nm) fluoresziert die weiße Trägersubstanz durch ihren Fluoreszensfarbstoff grünlich. Farblose Substanzen, die nicht fluoreszieren, schwächen die Fluoreszens des Trägermaterials und machen sich als "dunkle Flecken" bemerkbar. Die Schülerinnen und Schüler umfahren diese Flecken der aufgetrennten Substanzen vorsichtig mit einem weichen Bleistift. Besonders intensive Flecke werden schraffiert. Dabei ist darauf zu achten, dass die weiße Schicht der Folie nicht beschädigt wird. Achten Sie auch darauf, dass die Gruppen ihre Markierungen bei Tageslicht kontrollieren und noch einmal mit dem Erscheinungsbild unter UV-Licht vergleichen, bevor sie die Lampe verlassen: Wurde auch kein Fleck vergessen? Wurden besonders intensive Flecken schraffiert? Dies sind die Voraussetzung für klare Aussagen: Was sind die Rf-Werte für die Referenzsubstanzen Aspirin, Coffein und Paracetamol? Welche "Flecke" mit gleichem Rf-Wert sieht man bei der Schmerzmittelprobe? Abb. 11 zeigt das Ergebnis der Auswertung eines Schülerversuchs (a: Ergebnis unter UV-Licht; b: beschriftete Originalfolie). Die Schülerinnen und Schüler zeigen sich überrascht, wenn zum Beispiel bei einer Gruppe ein "Fleck" auftaucht, der keiner Referenzsubstanz zugeordnet werden kann. Eine "heimliche" Zugabe von 100 mg Ibuprofen zur Lösung der Analysenprobe liefert einen solchen "Rätselfleck", der zu weiterführenden Überlegungen anregen und die Bedeutung der Chromatographie als einfache Methode zum Aufspüren von Verunreinigungen verdeutlichen soll: Um welchen Stoff (welche Verunreinigung) kann es sich handeln? Welche wirksamen (rezeptfreien) Substanzen zur Schmerzbekämpfung gibt es sonst noch? Wie könnte man die unbekannte Substanz identifizieren? Die Schülerinnen und Schüler können die Aufgabe erhalten, die Zusammensetzung gängiger Schmerztabletten im Internet zu recherchieren und zumindest eine Auswahl der für die Zuordnung ihrer Probe in Frage kommenden Präparate zu erstellen. Erfahrungsgemäß erweisen sie sich dabei als sehr findig! Die Schülerinnen und Schüler sollen nun auf der Basis ihrer experimentellen Erfahrungen die benötigten Geräte selbst zusammenstellen (Hilfestellung durch die Lehrkraft), die Chemikalien und Proben besorgen und den Versuch eigenverantwortlich durchführen und auswerten. Die Anleitungen zu den folgenden drei Experimenten (Trennung von Paprika-, Curry- und Blattfarbstoffen) sind daher nicht mehr so ausführlich. Gegebenenfalls können die Lernenden auch noch weitere Anleitungen recherchieren und Experimente durchführen. Beachten Sie bei den hier vorgeschlagenen Pflanzenfarbstoff-Chromatographien folgende Punkte: Frische Ausgangsmaterialien Besonders beim Paprikapulver ist darauf zu achten, dass es frisch ist und nicht längere Zeit Luft und Licht ausgesetzt wurde. Feuergefährliches Fließmittel Besondere Vorsicht ist bei der Entwicklung der Chromatogramme geboten. Dies sollte nur im gut ziehenden Abzug erfolgen. Verwenden Sie hier keine offenen Flammen, keine heißen Gegenstände und keine Handys (Fotoblitz)! Um die Entzündung feuergefährlicher Lösungsmittel auszuschließen, fotografieren Sie die Chromatogramme nie unter dem Abzug. Lichtempfindliche Substanzen Die Entwicklung der Chromatogramme findet sowieso im Abzug statt - daher dürfte Licht- oder gar Sonneneinstrahlung dabei kein Thema sein. Nach dem Trocknen sollten die Chromatogramme lichtgeschützt aufbewahrt werden. Paprikafarbstoffe Abb. 12 zeigt ein Chromatogramm von Paprika-Farbstoffen. Je nach Paprikasorte können auch weniger Banden erzielt werden. Die hier verwendeten Paprika-Früchte stammten aus Ungarn. Curry- beziehungsweise Curcuma-Farbstoffe Bei der chromatographischen Analyse von Curcuma sollten sich fünf Flecke ergeben: drei gelbe (Rf-Werte 0,17, 0,29 und 0,46) und zwei blau fluoreszierende (Rf-Werte 0,25 und 0,54). Bei Currypulver erhält man mindestens einen intensiv orangefarbigen Fleck und drei gelbe Flecke mit kleineren Rf-Werten. Die aufgetrennten Blattfarbstoffe (Abb. 13) unterscheiden sich farblich teilweise nur durch Nuancen: Carotine (goldgelb) Phaeophytin (olivgrün) Chlorophyll a (blaugrün) Chlorophyll b (gelbgrün) Lutein (graugelb) Violaxanthin (gelb) Neoxanthin (gelb) Im Unterricht kann die Dünnschichtchromatographie auch als Möglichkeit zum Nachweis von Verunreinigungen beziehungsweise Fremdsubstanzen bei illegalen Modedrogen wie Exstacy oder Speed thematisiert werden - mit dem ausdrücklichen Hinweis, dass diese toxischen Fremdsubstanzen oft einen beträchtlichen Anteil der Droge ausmachen, teils absichtlich zugegeben werden und andere bei der Herstellung unvermeidbar als Nebenprodukte entstehen, die weder bekannt noch toxikologisch geprüft sind. Die Abnehmerinnen und Konsumenten der Drogen sind daher Versuchskaninchen, um deren Gesundheit und die Spätfolgen (Krebs, cerebrale Effekte, persönlichkeitsverändernde Wirkungen) sich niemand kümmert. Die Vermeidung oder Beseitigung gesundheitsschädlicher Nebenprodukte hätte Zeit-, Substanz- und damit Einnahmeverluste der "Produzenten", Dealerinnen und Dealer zur Folge. "Cash" ist deren Maxime, das erhebliche gesundheitliche und psychische "Restrisiko" tragen allein die Abnehmer und Konsumentinnen. Dieser Aspekt ist als Übergang oder Anknüpfungspunkt zu einer fachübergreifenden Unterrichtseinheit zum Thema "Suchtstoffe und Drogen" gut geeignet.

Diese Unterrichtsmaterialien zum Thema "Brücken" behandeln eines der zentralen Themen des Physikunterrichts in verschiedenen praktischen Umsetzungen. Der Begriff der Kraft wird durch Bauwerke und eigene Experimente zum Thema greifbar gemacht. Die Unterrichtseinheit wurde im Kontext des von der Deutsche Telekom Stiftung geförderten Programms "Junior-Ingenieur-Akademie" entwickelt. Mit dieser Unterrichtseinheit erarbeiten die Schülerinnen und Schüler den Begriff der "Kraft" im Zusammenhang mit Bauwerken. Brücken müssen große Lasten tragen. Steht eine Brücke und wird diese benutzt, sollte nicht der geringste Zweifel aufkommen, dass sie der Belastung nicht standhalten kann. Der im Physikunterricht geprägte Begriff der Kraft wird erfahrbar gemacht. Die Schülerinnen und Schüler bauen Brücken aus Lego und Strohhalmen nach und experimentieren damit, sich selbst zu tragen. Die Kraft und deren Anwendungen im Brückenbau unterstützen dabei die Erkenntnisgewinnung. Der Einstieg in das Thema erfolgt über ein Arbeitsblatt zu verschiedenen Brückenarten und deren Einsatzmöglichkeiten. Zwei Experimente zur Balkenbrücke und der Frage, wie sich die Last darauf verteilt, schließen sich an. Die Lernenden erarbeiten die Zugkräfte, indem sie diese zeichnerisch auf einem Arbeitsblatt bestimmen. Anhand von zwei weiteren Übungen bauen die Schülerinnen und Schüler unter anderem eine eigene Hängebrücke, ehe die Einheit mit einem Concept Cartoon abgeschlossen wird. Die Schülerinnen und Schüler benötigen Grundkenntnisse über den Begriff der Kraft. Im weiteren Verlauf der Unterrichtseinheit hilft es, wenn Schülerinnen und Schüler in verschiedenen Situationen erkennen können, dass eine oder mehrere Kräfte wirken. Wenn die Lernenden typische Beispiele aus den Schulbüchern kennen, reicht das aus. Außerdem sollten sie wissen, wie Kräfte mit verschiedenen Maßstäben zeichnerisch dargestellt dargestellt werden können. Hierfür müssen sie gegebenenfalls vorher üben, wie eine beliebige Kraft auf eine Pfeillänge bezogen auf einen gegebenen Maßstab umgerechnet wird. Damit sich die Schülerinnen und Schüler vorstellen können, was eine Kraft ist und welche Folgen die Einwirkung einer Kraft hat, kann diese Unterrichtsreihe durch die Betrachtung von Bauwerken eine einprägsame Erfahrung liefern. Dass Bauwerke sehr große Kräfte aushalten müssen und enorme Belastungen erfahren, können die Schülerinnen und Schüler handlungsorientiert und kooperativ erkennen, indem sie Versuche durchführen und verschiedene Phänomene beobachten. Praktische Beispiele, wie zum Beispiel Versuche mit Experimentier- und Alltagsgegenständen sowie dem eigenen Körper, machen dieses Wissen erfahrbar. Die Einheit ist als Unterrichtsreihe geplant. Die einzelnen Arbeitsblätter bauen logisch aufeinander auf, einzelne Experimente und Arbeitsblätter können aber auch im Rahmen anderer Unterrichtsthemen verwendet werden. Das gilt allerdings nicht für Arbeitsblatt 6, das zur Überprüfung des Kompetenzzuwachses der vorangegangen Aufgaben gedacht ist. Einige Aufgaben lassen sich als Einzelarbeit oder als Hausaufgabe bearbeiten. Generell ist die gesamte Einheit jedoch auf kooperatives Lernen in (Klein-)Gruppen ausgelegt. Hier bietet sich bei vielen Arbeitsblättern die Think-Pair-Share-Methode an. Vor allem die Experimente, bei denen die Lernenden eigene Werke herstellen müssen, sind in der Gruppe einfacher zu lösen. Ergänzend zur Aufgabenstellung auf Arbeitsblatt 1 kann auch eine Internetrecherche zu verschiedenen Brückentypen erfolgen. Mit den Resultaten der Experimente von Arbeitsblatt 2 kann begründet werden, dass eine Brücke nicht beliebig lang sein kann. Interessant für die Lerngruppe ist es, dass sie durch Arbeitsblatt 3 erfährt, dass eine Person von einer anderen Person aus dem Stand gehalten werden kann. Hängt die zu haltende Person jedoch an einem Seil, muss das Seil von der gesamten Lerngruppe gehalten werden. Der Versuch auf Arbeitsblatt 4 kann bei Bedarf auch als Demonstrationsversuch durch die Lehrkraft erfolgen. Die Erstellung einer eigenen Hängebrücke sollte aus Gründen der Erkenntnisgewinnung jedoch durch die Lernenden selbst erfolgen. Fachkompetenz Die Schülerinnen und Schüler wenden das Wissen und Können über die physikalische Größe Kraft sachbezogen an. erkennen insbesondere in der praktischen Anwendung den Nutzen von Kräfteparallelogrammen. beurteilen mit ihren erworbenen Kenntnissen Sozialkompetenz Die Schülerinnen und Schüler erarbeiten zusammen Versuchsdurchführungen. führen gemeinsam Versuche nach einer Anleitung durch. erstellen kollaborativ Protokolle zu den Versuchen.

Schülerinnen und Schüler testen das Phänomen der Serien von gleichen Würfelzahlen mit einer Excel-Simulation und erarbeiten eine rekursive Funktion zur Berechnung der Wahrscheinlichkeit solcher Ereignisse. Wie wahrscheinlich ist es, beim 100maligen Würfeln mindestens viermal die gleiche Zahl hintereinander zu werfen? Vielen Menschen scheint das "kein Zufall mehr" zu sein und am Würfel oder am Zufallsgenerator stimmt vielleicht etwas nicht, wenn so ein Ereignis eintritt. Ist es bei einem Laplace-Würfel aber wirklich so selten? Dies können begabte Schülerinnen und Schüler ab Klasse 8 mit den hier vorgestellten Aufgaben und Materialien untersuchen. Einsatz von Excel Die Schülerinnen und Schüler sollen zunächst selbst Zufallszahlen erzeugen. Sie simulieren Würfelserien und diskutieren ihre Beobachtungen (serien_beim_wuerfeln_aufgaben.rtf). Die Excel-Tabellenblätter "serien_beim_wuerfeln.xls" zur Simulation von Würfelserien und zur Berechnung der gesuchten Wahrscheinlichkeit können von der Lehrkraft vorgegeben oder von den Schülerinnen und Schülern selbst in ähnlicher Weise erstellt werden. Wenn den Lernenden das gebrauchsfertige Tabellenblatt zur Verfügung gestellt wird, sollte zuvor diskutiert werden, was dort sinnvollerweise zu berechnen ist. Gegebenenfalls erfolgt eine Einführung in die Arbeit mit der Exceltabelle durch die Lehrperson. Für die vorgegebenen Blätter gilt: Auf dem Tabellenblatt "Würfelsimulation" wird pro Spalte hundertmal gewürfelt. In der Spalte danach wird gezählt, ob viermal die gleiche Zahl hintereinander gefallen ist. In Zeile 121 werden die Anzahlen der 4er-Serien ermittelt und schließlich wird gezählt, wie groß die Häufigkeit von "mindestens eine Viererserie" ist. Auf dem anderen Tabellenblatt werden die Wahrscheinlichkeiten rekursiv für 4er- und 5er-Serien jeweils auf zwei Arten ermittelt. Rekursionsformel gesucht! Dem Wunsch nach einer einfachen Formel, mit der die gesuchten Wahrscheinlichkeit zu berechnen sind, kann nicht nachgekommen werden. Daher müssen die Schülerinnen und Schüler mit der Idee vertraut gemacht werden, nach einer rekursiven Formel zu suchen. Sie sollen dies zunächst selbstständig tun. Gegebenenfalls kann die Lehrperson Tipps geben, zum Beispiel darauf hinweisen, die Anzahl der Würfe zunächst klein zu halten. Man könnte auch die Anzahl der Wiederholungen kleiner machen ("zweimal die gleiche Zahl hintereinander" oder "dreimal"). Außerdem könnte statt Würfeln ein wiederholter Münzwurf betrachtet werden (bei jedem Wurf gibt es nur zwei mögliche Ergebnisse). Auf solche Vorgaben kann auch im Nachhinein die gefundene Rekursionsformel abgeändert werden. Realität und Simulation Als Test, ob ihre Formel wirklich die gesuchte Wahrscheinlichkeit berechnet, können die Schülerinnen und Schüler ihre Ergebnisse mit den Werten der Excel-Simulation vergleichen und bekommen so einen gewissen Anhaltspunkt für die Richtigkeit ihrer Formel. Bei der Simulation sehen sie aber auch, dass durchaus gewisse Schwankungen auftreten können (die Werte für die Häufigkeit, wie oft eine 4er- Serie auftritt, schwanken oft zwischen 25 und 40 von 100). Die Schülerinnen und Schüler sollen Zufallszahlen in einem Excel-Tabellenblatt erzeugen können. Simulationen von Zufallsexperimenten durchführen und auswerten können. eine rekursive Funktion zur Bestimmung von Wahrscheinlichkeiten verstehen und eventuell sogar selbst erstellen können. rekursive Funktionen mithilfe einer Tabellenkalkulation auswerten. Hypothesen aufstellen und überprüfen. weitgehend eigenverantwortlich und kooperativ arbeiten.

Im Rahmen eines Lernens an Stationen recherchieren die Schülerinnen und Schüler im Internet und mithilfe von Büchern zum Thema Hühner. Anhand des aufgedruckten Zahlencodes finden sie heraus, woher ihr mitgebrachtes Ei stammt. Die Schülerinnen und Schüler erfahren im Vorfeld dieser Unterrichtssequenz nur, dass sie an einem bestimmten Tag ein hart gekochtes Hühnerei mit in die Schule bringen sollen. Ausgegehend von diesem Ei können sich die Kinder dann in Büchern und im Internet über Hühner informieren. An einer Computer-Station müssen sie mithilfe des auf das Ei gedruckten Zahlencodes und der Internetseite www.was.steht-auf-dem-ei.de herausfinden, woher ihr eigenes Ei eigentlich kommt. Bevor Kinder eigenständig über "gute" und "schlechte" Websites entscheiden können, müssen sie durch die Vorauswahl von Erwachsenen behutsam an das Internet herangefürht werden. Damit kann ein zielloses Herumirren im World Wide Web und der Kontakt mit ungeeigneten Inhalten verhindert oder zumindest reduziert werden. Bei fragfinn.de handelt es sich um Deutschlands bekannteste und beliebteste Suchmaschine für Kinder, die in diesem Unterrichtsbeispiel als Ausgangspunkt dient. Organisation und Durchführung Anregungen zum Einstieg in das Thema Frühstücksei sowie Tipps für die Durchführung des Unterrichtsprojektes werden hier vorgestellt. Die Schülerinnen und Schüler sollen Informationen zu einem begrenzten Thema finden. die Kindersuchmaschine "fragFINN" nutzen. Informationen zu einem vorgegebenen Thema mithilfe einer Suchmaschine finden. für die Stichwortwahl bei der Eingabe in eine Suchmaschine sensibilisiert werden. einen Kurzvotrag halten: Am Ende sollte jedes Kind vor der Klasse einige Informationen, ein Gedicht oder eine Geschichte zu Hühnern vortragen. Thema Woher kommt mein Frühstücksei? Autorinnen Esther Möllemann, Stephanie Hendriks Fächer Deutsch und fächerübergreifender Unterricht Zielgruppe ab Klasse 2 Zeitraum ein Vormittag Technische Voraussetzungen mindestens ein Computer mit Internetzugang Erforderliche Materialien Bücher zum Thema, Lexika, eventuell eine Anleitung für Experimente sowie Hühnergeschichten Sonstige Voraussetzungen Links über die Favoritenliste aufrufen, Inhalte einer Homepage ausdrucken Diese Unterrichtsanregung basiert auf Materialien, die in dem Projekt "Computereinsatz in der Grundschule" von Super RTL (TOGGO-CleverClub) mit Unterstützung von Schulen ans Netz e.V. erarbeitet wurden. Alle Anregungen finden Sie auch in einer Broschüre mit CD-ROM, die Sie kostenlos unter Angabe Ihrer Adresse per E-Mail bestellen können. Als Vorbereitung dieser Unterrichtssequenz legt die Lehrerin oder der Lehrer die Links www.fragfinn.de und www.was-steht-auf-dem-ei.de in der Favoritenliste an und bereitet die Lernstationen vor. Einstieg Die Lehrkraft stellt zunächst das Thema des Tages vor und erläutert den Schülerinnen und Schülern das Prinzip einer Suchmaschine. Im Anschluss daran öffnen die Lernenden die Website www.fragfinn.de über die Favoritenliste. Dann wird gemeinsam überlegt, welches Stichwort für die Internetrecherche am sinnvollsten sein könnte. Hilfreich ist es an dieser Stelle auch zu zeigen, inwiefern die Suche durch das Eingeben mehrerer Stichwörter eingeschränkt beziehungsweise verfeinert wird. Ein Beispiel: Über die Eingabe der Wörter "Huhn" und "Ei" erhält man 13 Treffer. Zum Vergleich erhält man bei der alleinigen Eingabe des Wortes "Huhn" 29 Treffer. Erarbeiten des Themenfelds durch Lernstationen Im Anschluss an die Einführung in die Benutzung der Suchmaschine erhalten die Mädchen und Jungen Zeit um sich einen groben Überblick über die Themen zu verschaffen. Hier bekommen sie die Gelegenheit, die verschiedenen Lernstationen einerseits und die verschiedenen Seiten der Trefferliste andererseits zu besuchen. Eine dieser Lernstationen sollte ein Computer-Arbeitsplatz sein, an dem die Schülerinnen und Schüler über die Internetseite was.steht-auf-dem-ei.de mehr über die Herkunft ihres Eies, das sie für den Unterricht mitgebracht haben, erfahren können. Tierpflege, Haushühner und Legebatterien Im nächsten Schritt entscheiden sich die Kinder für einen Themenscherpunkt, den sie für den Rest des Vormittags in Kleingruppen bearbeiten möchten. Mögliche Themenschwerpunkte können beispielsweise Tierpflege, Haushühner, eine Hühner-Fabel vorlesen, Vogelgrippe, Legebatterien, ein Gedicht "Das Huhn und der Karpfen" vortragen oder "Alles über Eier" sein. Abschluss Zum Abschluss dieses Unterrichtsprojekts sollte jede Gruppe einen Kurzvortrag als "Expertinnen und Experten" zum ausgewählten Thema halten. Die Lehrkraft stellt als Hausaufgabe, ein Ei mit in den Unterricht zu bringen. Dieses sollte unbedingt hart gekocht sein. Wichtig ist zu betonen, dass das Ei im Laden gekauft sein und nicht vom Bio-Bauern oder Markt stammen sollte: Hier fehlt oft der Zahlencode für die Internetrecherche. Da sich viele Webseiten nicht gut zum Ausdrucken eignen, können die Schülerinnen und Schüler die für sie relevanten Texte und Bilder markieren, in ein Word-Dokument kopieren und dann ausdrucken. Boie, Kirsten / Waechter, Philip (2004): Was war zuerst da? Oetinger Verlag. Heine, Helme (2003): Das schönste Ei der Welt, Beltz Verlag. Kuhl, Anke (2005): Vom Huhn, das nicht wusste, wohin es sein Ei legen sollte, Fischer Verlag. Mitterer, Felix (2006): Superhenne Hanna, Arena Verlag.

In diesem Unterrichtsprojekt zum Thema "Flucht und Exil" erforschen die Schülerinnen und Schüler durch eine Internetrallye die Exilliteratur als Strömung der deutschen Literatur von 1933 bis 1945. Die Lernenden verschaffen sich mithilfe ausgewählter Suchbegriffe einen Überblick über Autorinnen und Autoren, Titel und Themen des deutschen Exilromans.Der Roman bildet nach 1933 durch alle Phasen hinweg die bedeutendste literarische Gattung der Exilliteratur. Im Vergleich zu Exillyrik und Exildrama hatte er noch die besten Chancen übersetzt, gedruckt und von einem breiten Publikum gelesen zu werden, was für die Autoren von existenzieller Bedeutung war. Die Werke reflektieren nicht nur die politische Entwicklung in Deutschland während des Nationalsozialismus und die Gefährdungen des Einzelnen in dieser Zeit, sondern auch die jeweilige persönliche Situation der Autorinnen und Autoren, ihre politische Grundhaltung, die besonderen Bedingungen des Exils sowie die besondere materielle Lage der Schriftsteller. Die besondere Situation der Exil-Schriftsteller Obwohl die Exilautoren aufgrund ihrer ideologischen, politischen und auch literarischen Einstellungen grundsätzlich keine einheitliche Gruppe darstellten, so waren sie doch alle durch die persönlichen Erfahrungen mit der Diktatur und dem Terror in ihrer Heimat sowie durch das Gefühl des Fremdseins und die auch im Exil immer noch vorhandene Gefahr durch das deutsche NS-Regime geeint. Somit wächst im Exil das Bedürfnis, als Vorbilder moralischer Integrität Zeichen des Widerstands zu setzen. Man wollte das "bessere Deutschland" literarisch gestalten und mit dichterischen Mitteln den politischen Kampf gegen den Nationalsozialismus und Faschismus nachdrücklich unterstützen. Internetrecherche als Zugang zum Thema Die Exilprosa ist trotz des eingegrenzten Zeitraums von 1933 bis 1945 und der vergleichsweise übersichtlichen Produktion der Schriftsteller für die Schülerinnen und Schüler ein weitgehend unbekanntes, wenig übersichtliches Themenfeld. Entsprechend groß sind die Möglichkeiten, die sich einer angeleiteten Internetrecherche bieten. Allerdings kann der Bezug zu einzelnen Werken über das Kennenlernen hinaus erst durch eine vertiefende Lektüre hergestellt werden. Ablauf Ablauf der Unterrichtseinheit "Internetrallye Exilliteratur" Die einzelnen Arbeitssschritte des Unterrichtsvorschlags werden auf der folgenden Unterseite vorgestellt. Fachkompetenzen Die Schülerinnen und Schüler lernen berühmte Beispiele aus der Exilprosa kennen. werden für die eigene Lektüre verschiedener Romane aus dem Zeitraum der deutschsprachigen Exilliteratur gewonnen. ordnen die Stationen/Phasen des Exils anhand der Romane zu. Medienkompetenzen Die Schülerinnen und Schüler lernen, eine Internet-Suchmaschine effektiv zu bedienen. lernen, nützliche Suchwörter für die Recherche im Internet aus einer vorgegebenen Frage zu entnehmen. erarbeiten durch die Recherche auch weitere Hintergründe und Informationen zum Thema. erstellen eine eigene Internetrallye und veröffentlichen diese. Einen ersten Überblick verschaffen soll eine "virtuelle Reise" durch die Romane der Exilliteraten zwischen 1933 und 1945. Neben Angaben zu Titeln oder Autoren sollen die Schülerinnen und Schüler besondere Inhalte einiger Romane recherchieren. Die ersten Aufgaben geben bezüglich der relevanten Suchwörter noch Hilfen. Bei den weiteren Aufgaben wurde auf diese Hilfe verzichtet, damit die Jugendlichen lernen, selbst relevante Begriffe heraus zu finden. Im weiteren Verlauf werden die Aufgabenstellungen immer schwieriger. Dadurch wird es für die Schülerinnen und Schüler erforderlich, sich vertiefend mit dem Umgang mit einer Suchmaschine im Internet auseinanderzusetzen. In einem weiteren Schritt werden die Schülerinnen und Schüler aufgefordert, die ihnen nun zum Teil auch inhaltlich bekannten Romane in die bekannte Einteilung der Exilprosa einzuordnen. Möglicherweise ist an dieser Stelle eine weitere vertiefende Recherche notwendig. Anhand des vorliegenden Arbeitsblattes lassen sich weitere, eventuell im Unterricht behandelte Beispiele für Exilprosa einordnen. Auf diese Weise erhalten die Jugendlichen einen Überblick über "Stationen des Exils im Spiegel der Literatur". Lassen Sie Ihre Schülerinnen und Schüler am besten selbst eine Internetrallye zum Thema anfertigen, um so eine vertiefende Auseinandersetzung mit dem Thema zu fördern.

Diese Unterrichtseinheit zum Thema "Diversity" beschäftigt sich mit der kulturellen und sprachlichen Vielfalt als Lebensrealität im Alltag. Am Beispiel der Vielfalt in der eigenen Schulklasse nähern sich die Schülerinnen und Schüler dem Thema Multikulturalität und werden zu einem wertschätzenden Umgang miteinander angeregt.In so gut wie jeder Klasse an deutschen Schulen sind ausländische Mitschülerinnen und Mitschüler oder Kinder und Jugendliche mit Migrationshintergrund vertreten. Dies kann zu Problemen, aber auch zur Bereicherung des gemeinsamen Lernens führen. Die Gymnasialklasse 8g der Wilhelm-Heinrich von-Riehl-Schule in Wiesbaden setzt sich aus Schülerinnen und Schülern zusammen, die neun verschiedene Nationalitäten repräsentieren und sowohl aus EU-Ländern als auch aus nicht EU-Ländern stammen. Sie steht exemplarisch für die Lebenswirklichkeit an vielen deutschen Schulen und bietet einen fokussierten Blick auf die Multikulturalität unserer Gesellschaft als Folge unterschiedlicher Wanderungsbewegungen. Ausgehend von dieser "bunten" Schulklasse, deren Schülerinnen und Schüler verschiedene Nationalitäten repräsentieren, steht im Mittelpunkt dieser Unterrichtseinheit die Untersuchung der eigenen Lerngruppe: woher die einzelnen Kinder und Jugendlichen und ihre Eltern stammen, wann und warum sie in den jeweiligen Ort gekommen sind. Die gemeinsame Thematisierung der Multikulturalität der Lerngruppe soll im besten Fall auch zu einer positiven, wertschätzenden Atmosphäre und Integration aller beitragen.Die Auseinandersetzung der Schülerinnen und Schüler mit dem Thema Multikulturalität in der Klasse erfolgt in mehreren Schritten: Arbeitsaufträge für Einstieg und Erarbeitungsphase Die Klasse 8g der Wilhelm-Heinrich-von Riehl-Schule behauptet, sie sei die bunteste Klasse der Schule. Was kann damit gemeint sein? Untersuche daraufhin das Klassenfoto (Arbeitsblatt 1). Schätze, aus wie viel verschiedenen Ländern die Jugendlichen stammen. Überprüfe deine Vermutung anhand von Arbeitsblatt 2. Überlege, welche Vorteile, aber auch Probleme eine solch "bunte" Klasse haben kann. Fertige eine Liste an. Untersucht eure eigene Lerngruppe. Schreibt dafür jeweils eure Namen, euren Geburtsort und den Namen und Geburtsort der Eltern auf Zettel und sammelt diese an der Tafel. Zu welchen Ergebnissen kommt ihr? Vielleicht mögen die "Zugezogenen" etwas über ihre "alte" Heimat berichten, über Gründe für den Umzug und welche Erfahrungen sie in der "neuen" Heimat gemacht haben. Weiterführende Aufgaben und Projektideen Die Schülerinnen und Schüler vertiefen die Untersuchung ihrer Klasse. Sie ziehen eine Weltkarte hinzu und informieren sich über die Herkunftsländer ihrer Mitschülerinnen und Mitschüler (Internet-Recherche), laden Eltern oder Großeltern als Zeitzeuginnen und Zeitzeugen in die Klasse ein oder beauftragen einzelne Schülerinnen und Schüler, diese zu befragen. Sie dokumentieren ihre Ergebnisse als Wandzeitung oder "Klassenbuch". Auch eine mediale Aufbereitung der Ergebnisse als PowerPoint-Präsentation oder Webseite ist möglich. Die Kinder und Jugendlichen erstellen eine Typisierung: Welche Migrantengruppen (also beispielsweise Flüchtlinge, Aussiedlerinnen und Aussiedler, Spätaussiedlerinnen und Spätaussiedler, Wirtschaftsmigrantinnen und -migranten et cetera) gibt es in ihrer Klasse oder Schule? Die Schülerinnen und Schüler untersuchen, inwieweit sich die Nationalitäten auch insgesamt an ihrem Wohnort wiederfinden lassen, welche Migrantengruppen sich zu welcher Zeit verstärkt angesiedelt haben und welche Motive diese für ihre Zuwanderung hatten. Anmerkung Je nach Zusammensetzung der Lerngruppe wird das Ergebnis unterschiedlich ausfallen, wobei in fast jeder Lerngruppe "Zugezogene" im weitesten Sinne vertreten sein werden. Grundsätzlich scheint ein sensibles Herangehen geraten, gerade wenn einige Schülerinnen und Schüler nicht unbefangen über ihre Herkunft oder Migrationsgründe berichten können oder in der Klasse Probleme im Miteinander aufgetreten sind. Fachkompetenzen Die Schülerinnen und Schüler untersuchen ihre eigene Klasse hinsichtlich der unterschiedlichen Nationalitäten und Kulturen. erforschen die jeweiligen individuellen Hintergründe für Einwanderung. informieren sich über die Herkunftsländer der verschiedenen Schülerinnen und Schüler. Sozialkompetenzen Die Schülerinnen und Schüler werden durch die Bewusstmachung der verschiedenen Nationalitäten für die multikulturelle Gesellschaft sensibilisiert.

Schülerinnen und Schüler untersuchen mit einem Fallkapselsystem die Veränderungen einer Kerzenflamme, wenn Gravitation in Mikrogravitation übergeht. Sie erstellen Videofilme und werten diese aus.Zu den ersten wissenschaftlichen Experimenten, die unter Mikrogravitationsbedingungen in einer Raumstation durchgeführt wurden, gehörte die Untersuchung einer Kerzenflamme. Ähnliche Experimente können in der Schule auch mit einem Fallkapselsystem durchgeführt werden, dessen Aufbau in dem Beitrag Mikrogravitation - Experimente im freien Fall ausführlich beschrieben wird. Der hier vorgestellte Versuch führt zu überraschenden Ergebnissen bezüglich der Bildung von Rußpartikeln unter den Bedingungen der Mikrogravitation.Wenn Schülerinnen und Schüler im Internet nach Phänomenen der Mikrogravitation suchen, werden sie auf faszinierende Bilder von Kerzenflammen stoßen, die kugelförmig und blau leuchten. Sie können die Entstehung des Phänomens gut verstehen, wenn sie eigene Experimente mit einem Fallkapselsystem durchführen. Zuvor müssen sie die Vorgänge in einer unter normalen Gravitationsbedingungen brennenden Kerze kennen lernen. Bei den Fallexperimenten werden sie im Flammenbereich interessante Strukturen entdecken, die nicht in Lehrbüchern zu finden sind. Sie können die Bildung von Ruß bei Mikrogravitation beobachten. Grundlagen, Ergebnisse und Deutung des Versuchs Videobilder dokumentieren die Veränderungen der Flamme bei Eintritt der Mikrogravitation. Neben der Deutung der Effekte finden Sie hier weiterführende Fragen, die die Lernenden zu eigenständigem Experimentieren anregen. Die Schülerinnen und Schüler sollen die Kerzenflamme vor und nach dem Start der Fallkapsel mit einer Digitalkamera filmen und aus den Videofilmen mit einem Computerprogramm Videobilder extrahieren können. die Struktur einer unter normalen Gravitationsbedingungen leuchtenden Kerzenflamme beschreiben und die Vorgänge in den charakteristischen Flammenzonen darstellen können. die Veränderung der Gestalt der Kerzenflamme beim Übergang zur Mikrogravitation beschreiben und erklären können. die Ursache für die vermehrte Bildung von Rußpartikeln beim Übergang zur Mikrogravitation nennen können. Thema Das Herz einer Kerzenflamme bei Mikrogravitation Autor Dr. Volker Martini Fach Physik Zielgruppe Jahrgangsstufen 9-11 Zeitraum 2 Doppelstunden oder freie Zeiteinteilung außerhalb des Unterrichts Technische Voraussetzungen Mikrogravitation - Experimente im freien Fall mit Digitalkamera; Computerprogramm zum Extrahieren von Videobildern aus einem Videofilm (MAGIX Video deluxe 15 oder vergleichbare Software) Für die Experimente bei Mikrogravitation ist die dunkle Zone, also das "kalte Herz" der Flamme, von besonderem Interesse. Eine Flamme lässt sich grob in drei Zonen gliedern: Eine blau leuchtende Zone (1), eine dunkle Zone (2) und eine weißlich-gelb leuchtende Zone (3). Die blau leuchtende Zone umgibt kelchförmig den unteren Teil der Flamme. Hier wird ein Teil des Paraffins vollständig zu Wasser und Kohlenstoffdioxid verbrannt. Die dunkle Zone ist gefüllt mit verdampftem Paraffin. Im oberen Teil dieser Zone beginnt infolge des Sauerstoffmangels die Pyrolyse des Paraffins, bei der Kohlenstoffpartikel entstehen. In der weißlich-gelb leuchtenden Zone schreitet die Pyrolyse weiter fort. Die entstehenden Kohlenstoffpartikel glühen und strahlen Licht und Wärme ab. An der Grenze zur umgebenden sauerstoffreichen Luft verbrennen die Kohlenstoffpartikel größtenteils zu Kohlenstoffdioxid. Abb. 2 zeigt das Videobild einer Kerzenflamme, das 0,167 Sekunden nach dem Start des Fallkapselsystems aufgenommen wurde. Man sieht eine kugelförmige Kerzenflamme mit einer kleinen "Krone" aus hell leuchtenden Partikeln, die aus der Flammenkugel herausragt. Dabei handelt es sich um glühende Rußpartikel, die im Zentrum der Kerzenflamme, ihrem "kalten Herz", gebildet wurden. Die Veränderungen der Kerzenflamme sind in Abb. 3 zu sehen. Die Bildserien wurden vor dunklem und vor hellem Hintergrund aufgenommen. Normale Gravitationsbedingungen Vor dem Start hat die Kerzenflamme die vertraute nach oben weisende kegelförmige Gestalt. Die heißen Gase in ihr sind leichter als die umgebende Luft und streben, angetrieben durch die Auftriebskraft, nach oben. Die dabei entstehende Konvektionsströmung versorgt die Flamme mit Sauerstoff aus der umgebenden Luft. Verkürzung der Flamme und Rußbildung Nach dem Start der Fallkapsel wird die Kerzenflamme kugelförmig und dunkler. Mit der Gravitationskraft verschwindet auch die durch sie verursachte Auftriebskraft. Die heißen Gase streben nicht mehr nach oben und die Flamme wird nicht mehr so gut mit Sauerstoff versorgt. Wegen der wegfallenden Konvektion muss der für die Verbrennung notwendige Sauerstoff durch die viel langsamere Diffusion bereitgestellt werden. Die Temperatur der Kerzenflamme sinkt und fällt unter den für die vollständige Verbrennung von Kohlenstoff notwendigen Mindestwert von 1.000 Grad Celsius. Es bilden sich Partikel aus nicht verbranntem Kohlenstoff. Die Kerzenflamme bildet vermehrt Ruß. Zeitverlauf In den Videobildern von Abb. 3 lässt sich gut verfolgen, wie sich nach dem Start des Fallkapselsystems in der Kerzenflamme relativ große Rußpartikel bilden. Bereits nach 0,1 Sekunden hat sich die helle Flammenzone zurückgebildet. Übrig bleibt die kugelförmige dunkle Zone mit einer aufgesetzten zylindrischen Struktur. Einzelne Partikel lassen sich noch nicht identifizieren. Nach 0,2 Sekunden erscheinen vor dunklem Hintergrund im oberen zylindrischen Teil der Flamme, der sich zum Docht hin kegelförmig erweitert, hell leuchtende, glühende Kohlenstoffpartikel. Ihr Durchmesser liegt in einer Größenordnung von 100 Mikrometern. Vor hellem Hintergrund sind diese Partikel nicht zu sehen. Hingegen erscheinen dort auf dem Mantel der inneren kegelförmigen Struktur dunkle Schleier, die auf kältere Kohlenstoffpartikel hindeuten. Nach 0,3 Sekunden ist die Anzahl leuchtender Partikel deutlich zurückgegangen. Es erscheinen vermehrt größere und dunkle Partikel, die vor hellem Hintergrund besonders gut zu sehen sind. Die Flamme rußt. Die Produktion der Rußpartikel konzentriert sich auf wenige Bereiche der Flamme. Auffallend ist eine in der Mitte der Flamme vom Docht ausgehende schmale Spur besonders großer Partikel. Die folgenden Fragen geben den Schülerinnen und Schülern Anregungen für vertiefende Untersuchungen. Von besonderer Bedeutung sind Fragen, die durch eigenständiges Experimentieren beantwortet werden können: Wie viele dunkle Rußpartikel, die größer als 50 Mikrometer sind, werden beim Fallexperiment gebildet? Welchen Durchmesser hat das größte Rußpartikel? Mit welcher Geschwindigkeit bewegen sich die Rußpartikel nach oben? Welches Bild liefert die Kerzenflamme im Fallversuch, wenn man die Kerze so dreht, dass der Docht nach hinten oder nach vorne weist? In dem Versuch wird eine Kerze aus Paraffin verwendet. Gibt es Unterschiede, wenn man stattdessen Kerzen aus Stearin oder Bienenwachs einsetzt? Neues entdecken So erfahren Schülerinnen und Schüler beispielhaft die unschätzbare Bedeutung von Experimenten, wenn es darum geht, komplexe Vorgänge besser verstehen zu können. Zudem ist die Chance groß, dass sie bei der Untersuchung der Fragen auch auf ganz neue Effekte stoßen.

In dieser Unterrichtseinheit recherchieren die Schülerinnen und Schüler im Internet nach Firmenadressen für einen Serienbrief und formulieren einen Einladungstext.Für die Produktpräsentation eines Spielzeugherstellers eine Einladung formulieren, im Internet nach geeigneten Geschäftskunden suchen und mithilfe von Stadtplänen aus dem Internet eine Wegbeschreibung erstellen - diese komplexe Aufgabe erfordert den Einsatz von PC und Internet in typischen Situationen des Berufsalltags. Informationsbeschaffung und -auswertung sind Schlüsselqualifikationen, die im Berufsalltag gefordert werden. Es gilt, den effektiven Umgang mit Suchmaschinen und Webkatalogen in unterschiedlichen Lernsituationen zu trainieren.Die Unterrichtseinheit ist eingebunden in das Thema kaufmännischer Schriftverkehr. Die Dauer der hier vorgestellten Unterrichtseinheit kann je nach Vorkenntnissen der Auszubildenden variieren. Im Vorfeld sollten die Grundlagen der Internetrecherche und das Erstellen eines Serienbriefes nach den gängigen Regeln im kaufmännischen Schriftverkehr (DIN 5008) den Auszubildenden bekannt sein.Die Schülerinnen und Schüler recherchieren mithilfe von Suchmaschinen oder -katalogen (Gelbe Seiten) im Internet Firmenadressen. setzen einen Routenplaner ein und kopieren eine Wegbeschreibung in Word. formulieren einen ansprechenden Einladungstext. erstellen einen Serienbrief nach den gängigen Regeln im kaufmännischen Schriftverkehr (DIN 5008).

In der Unterrichtseinheit "Un rallye numérique à Strasbourg" recherchieren die Lernenden eigenständig landeskundliches Wissen über die französische Stadt Straßburg. Eine Internet-Rallye fördert die Lesekompetenz in der Fremdsprache sowie die Medienkompetenz der Schülerinnen und Schüler.In dieser Unterrichtseinheit zur französischen Stadt Straßburg erwerben die Schülerinnen und Schüler landeskundliches Wissen und schulen gleichzeitig die Lesekompetenz sowie die Medienkompetenz , indem sie die Internetseite des "Office de Tourisme de Strasbourg et sa Région" gezielt nach Informationen durchsuchen. Eingesetzt werden kann die Unterrichtseinheit bereits Ende des ersten Lernjahrs. Im Rahmen der Internet-Rallye erweitern die Lernenden darüber hinaus ihre Problemlösekompetenz, indem sie vergegenwärtigen, dass sie Texte nicht vollständig verstehen müssen, um ihnen Informationen entnehmen zu können. Nach der ersten Begegnung mit der fremdsprachigen Website auf dem Beamer oder Smartboard im Plenum nähern sich die Lernenden schrittweise zunächst der Sprache, dann den Inhalten an. Die Internet-Recherche wird durch gelenkte Aufgabenstellungen begleitet, die die sprachliche wie inhaltliche Orientierung nochmals erleichtern. Zum Abschluss bereitet eine Sprachmittlungsaufgabe die Lernenden auf einen Besuch in Frankreich vor. So sind sie bestens für einen Besuch in Straßburg oder einer anderen französischsprachigen Stadt gerüstet! Wie wäre es beispielsweise mit einer Klassenfahrt nach Paris oder einer Unterrichtsreise in den Senegal ? Wenn Sie sich für das englischsprachige Ausland interessieren, könnte Ihnen und Ihren Lernenden vielleicht ein Trip nach London gefallen! Das Thema "Un rallye numérique à Strasbourg" im Französisch-Unterricht Unmittelbar an der deutsch-französischen Grenze gelegen ist Straßburg eine Stadt, die sich für eine Exkursion oder Klassenfahrt im Rahmen des Französisch-Unterrichts anbietet. Durch Begegnungen mit der Zielsprache im echten Leben, wie bei einem Ausflug, wird die interkulturelle Kompetenz der Lernenden in hohem Maße geschult. Die Unterrichtseinheit "Un rallye à Strasbourg" kann als Vorbereitung auf eine schülerzentrierte Exkursion in die französische Stadt dienen. Eine Reise nach Frankreich ist im schulischen Rahmen jedoch nicht immer möglich. Diese virtuelle Reise in das Land der Zielsprache bietet sich daher an, um sich zumindest digital damit auseinanderzusetzen. Didaktisch-methodische Analyse Die Landeskunde ist ein wichtiger Teil des Französisch-Unterrichts. Da eine Sprache nicht nur um ihrer selbst Willen gelernt wird, sondern auch, um Zugang zum zielsprachlichen Land zu erhalten, ist es wichtig, sich mit diesem vorab auseinanderzusetzen. Die Recherche auf der Website der Stadt Straßburg stellt einen authentischen Lese- und Kommunikationsanlass dar und weckt dabei das Interesse der Lernenden für die französische Stadt. Spielerisch werden sie mit der Rallye auf interkulturelle Begegnungssituationen vorbereitet. So üben sich die Schülerinnen und Schüler in dieser Unterrichtseinheit darin, gezielt Informationen in der Fremdsprache zu suchen, auch wenn sie nicht jedes Wort verstehen. Neben dem praktischen Nutzen des selektiven Lesens werden die Lernenden so auch besonders ermutigt: Sie erkennen, dass es ihnen möglich ist, sich auf einer französischen Website zurechtzufinden. Im Rahmen der Internet-Rallye wird besonders das selektive Leseverständnis geschult. Eine Schwierigkeit beim Erstellen geeigneter Materialien besteht darin, das passende Anspruchsniveau der Schülerinnen und Schüler zu treffen. Dabei können differenzierende Arbeitsaufträge im Sinne der individuellen Förderung helfen. Die stärkere Betonung rezeptiver Kompetenzen trägt dem noch eingeschränkten Vermögen der Schülerinnen und Schüler zur Fähigkeit themenbezogener Textproduktion Rechnung, gewährleistet hingegen gleichzeitig eine Inhaltsorientierung bei der Arbeit mit der Internetseite. Die Suchaufträge sind so formuliert, dass Antworten auf die Fragen möglichst einfach formuliert werden können und gegebenenfalls auch Textteile von der Internetseite zur Beantwortung herangezogen werden können. Die sehr gelenkte Arbeit mit der Internetseite steht nicht im Widerspruch mit der Forderung nach anspruchsvollen Aufgaben: Die Lernenden müssen sehr genau die Internetseiten durchforschen, um die gesuchten Informationen zu finden. Darüber hinaus übt der Rätselcharakter insbesondere auf jüngere Lernende einen hohen Reiz aus. Die abschließende Sprachmittlungsaufgabe fordert von Schülerinnen und Schülern, sich in eine französischsprachige Alltagsituation hineinzuversetzen, wie sie ihnen beispielsweise im Urlaub begegnen kann. Sie müssen nicht nur in die Zielsprache übersetzen, sondern auch Französisches ins Deutsche sinngemäß übermitteln. So werden sie auf reale Alltagskommunikation in der Zielsprache vorbereitet. Fachkompetenz Die Schülerinnen und Schüler verbessern ihre Lese- und Recherchekompetenz. bauen ihre Fähigkeit zum selektiven (suchenden) Lesen authentischer Texte aus. beantworten Fragen zum Text (in schriftlicher Form) stichwortartig auf Französisch. üben sich in der Sprachmittlung zwischen Fremd- und Muttersprache. vertiefen ihre landeskundlichen Kenntnisse über Straßburg. Medienkompetenz Die Schülerinnen und Schüler versprachlichen ihre stichwortartigen Notizen in Kurzvorträgen. recherchieren weitgehend selbstständig im Internet. Sozialkompetenz Die Schülerinnen und Schüler arbeiten konzentriert mit ihren Mitschülerinnen und Mitschülern zusammen.

Mit dieser Einheit zum Thema "Au restaurant français" werden Alltagssprache sowie landeskundliche Kompetenzen aufgefrischt und erweitert. Einer bilderreichen Vorentlastung mit nützlichem Wortschatz zum Restaurantbesuch in Frankreich schließen sich ein Leseverstehen, interaktive Übungen und letztlich eine Internetrecherche mit handlungsorientierter Präsentation der Recherche-Ergebnisse an. Die vorliegende Einheit zum Thema "au restaurant français" integriert und fördert in der Praxis alle vier Sprachkompetenzen: Lesen, Schreiben, Hören und Sprechen. Die Auseinandersetzung mit dem Dialog zwischen einem/einer gastfreundlichen französischen Kellner/in und seinen/ihren muttersprachlich deutschsprachigen Gästen gilt hier als Anlass, einen wesentlichen Aspekt der Alltagsprache zu lernen und zu lehren, nämlich das Gespräch im Restaurant. Die Schülerinnen und Schüler lernen mithilfe des Textes und der interaktiven Übungen dieser Einheit höfliche, aber auch berufliche Ausdrucksformen im Restaurant und eignen sich zugleich spielerisch landeskundliche Elemente aus La Rochelle und Umgebung an. Eine Internetrecherche und eine handlungsorientierte Präsentationsform schließen die Unterrichtseinheit. In diesem Leseauftrag besucht eine deutsche Familie die Francofolies in Frankreich, ein Musikfest, das jährlich in La Rochelle stattfindet. Zu diesem Anlass besucht sie ein Restaurant in der Stadtmitte. Dort werden Vor-, Haupt- und Nachspeise sowie Getränke bestellt. Dabei lernen die Schülerinnen und Schüler verschiedene französische Spezialitäten kennen. Es herrscht eine angenehme Atmosphäre zwischen dem Kellner und seinen Gästen. Bei diesem Unterrichtsvorschlag handelt es sich um eine interkulturelle Unterrichtseinheit und um ihr Streben nach Förderung der interkulturellen Kompetenzen und Kommunikation. Der Lesetext mit drei verschiedenen Arbeitsblättern sowie drei interaktiven Übungen gibt Anlass zu variablen lernerzentrierten Aktivitäten. Der Vorentlastung des Lesetextes, in welchem die Lernenden Bilder mit Begriffen des Textes zusammenführen, folgt die Textarbeit durch ein aktives Vor- oder Stilllesen, währenddessen die Lernenden die neuen Vokabeln im Text markieren. Zusätzlich steht ihnen ein Glossar mit weiteren Erläuterungen anderer eventuell schwieriger Wörter zur Verfügung; im Sinne der Binnendifferenzierung kann lernschwächeren Schülerinnen und Schülern dieses Glossar direkt ausgehändigt werden. Zur Textarbeit gesellen sich drei interaktive Übungen mit Lösungsvorschlägen: ein Lückentext zur Anwendung des neu gelernten Wortschatzes aus dem Text, eine "richtig-oder-falsch"-Übung und eine Zuordnungsübung zum Textverständnis. Als letzte Phase der Unterrichtseinheit folgt eine Aufgabe zur Anwendung, Kontrolle und Festigung, aber auch zur Erweiterung der neuen Struktur. Hier geht es für die Schülerinnen und Schüler darum, anhand von vorgegebenen Internetadressen über die reiche und vielfältige französische Gastronomie zu recherchieren und Menükarten zu erstellen, welche sie während der spielerischen Präsentation ihrer Suchergebnisse in den jeweiligen "Restaurant-Stationen" verwenden. Besonders die Sprechkompetenz wird in dieser Phase fokussiert. Nach Bildung von Kleingruppen erhalten die Schülerinnen und Schüler die Aufgabe, über die französische Küche mithilfe der angegeben Links per Gruppenarbeit zu recherchieren und anschließend Menükarten für ein Restaurant zu erstellen. Die Präsentation findet in Stationen in statt, denn jede Station repräsentiert ein Restaurant. Die Lernenden erfinden einen Namen für ihr Restaurant, zum Beispiel "Le boncoin" oder "Paradis" oder auch "Les délices" und so weiter. Jede Gruppe wählt sich einen Präsentator oder eine Präsentatorin, die/der den Kellner/die Kellnerin spielt, während die anderen Gruppenmitglieder die Gäste sind und andere Stationen (Restaurants) anderer Gruppen besuchen. Der Präsentator spielt dabei den Kellner, der die Gäste empfängt und ihnen das Menü erklärt. So entsteht eine reale Interaktion zwischen Kellner/in und Besuchenden. Die Lehrkraft kann, wo notwendig, moderieren und unterstützen. Mit ihren variierenden Materialien und den Anwendungsmöglichkeiten vielfältiger Medien kann die Einheit intensiv in verschiedenen Sozialformen behandelt werden. Fachkompetenz Die Schülerinnen und Schüler können ihre Lese- und Sprechkompetenzen erfrischen und erweitern. bauen Kompetenzen in der Alltagssprache und Landeskunde auf. Medienkompetenz Die Schülerinnen und Schüler nutzen das Tablet, den Computer oder das Smartphone für die interaktive Übungen. recherchieren zielgerichtet im Internet. Sozialkompetenz Die Schülerinnen und Schüler arbeiten selbstständig. arbeiten kooperativ.