6. Chemie mit Licht – Curriculare Einbindung in den Unterricht

Ein wesentliches Aktionspaket im Programm Chemie mit Licht umfasst die Möglichkeiten der Curricularen Einbindung von Photoprozessen in den Chemieunterricht sowie methodische Herangehensweisen für die Gestaltung von entsprechenden Unterrichtsbausteinen. Erprobte experimentelle Zugänge zu Themenfeldern der Sekundarstufen I und II (vgl. erstes Bild unten) liegen auf dieser Internetplattfrm ebenso vor wie didaktische Konzepte und Lehr-/Lernmaterialien in Print- und Elektronikformaten. Die curriculare Einbindung von photochemischen Inhalten in den Chemieunterricht kann und sollte an mehreren Stellen des Unterrichts erfolgen. Dabei kann die in der Tabelle aus dem zweiten Bild unten getroffene Zuordnung zu Pflichtinhalten aus dem Lehrplan als Orientierung dienen.

Didaktisch und methodisch steht für die Einbindung photochemischer Inhalte in den Chemieunterricht das gesamte Repertoire an experimentbasierten Herangehensweisen zur Verfügung. Bei der forschend-entwickelnden Vorgehensweise wird Wissenserwerb bei den Lernenden schrittweise in einem Prozess generiert, der sinnbildlich durch eine konstruktivistische Lernschleife dargestellt werden kann. Die unten skizzierte Lernschleife zu dem Unterrichtsbaustein „Licht - der Antrieb fürs Leben“ beinhaltet vier Schritte zu diesem Thema: 1. Erkunden des Vorwissens (des Vorkonzepts), 2. Erforschen neuer Fakten in Experimenten, 3. Anpassen des Wissens (Konzeptänderung) und 4. Anwendung des neuen Konzepts. Didaktische Erläuterungen dazu liefert der Auszug aus Kapitel 5.6 „Die Methoden und das Licht“ in dem Lehrbuch Chemie mit Licht. Für die Umsetzung des Unterrichtsbausteins in der Sekundarstufe I stehen auf dieser Plattform geeignete digitale Materialien zur Verfügung. Die notwendigen Chemikalien und Geräte sowie Versuchsanleitungen und Arbeitsblätter sind in der Basisversion des Materialien-Sets „Photo-Cat“ enthalten.

Neben dem in seiner Effizienz nicht zu untersschätzenden Frontalunterricht gehören verschiedene Varianten des Stationenlernens zu den beliebten Methoden der Unterrichtsgestaltung. Damit alle Lernenden die Ergebnisse aus allen Stationen erfahren und zusätzlich auch das Präsentieren und Verteidigen von Experimenten und Erkenntnissen trainiert wird, ist die Organisation des Unterrichts im Expertenmodus des Stationenlernens gut geeignet (vgl. zweites Bild oben). Das Licht nimmt hier eine zentrale Position ein. Sechs verschiedene Varianten des Photo-Blue-Bottle-Experiments erhalten hier jeweils die Funktion „Frage an die Natur“. Sie werden von je einer Gruppe an Lernstationen mit verschiedener Zielrichtung, unterschiedlichen Versuchsvorrichtungen, aber (fast) gleichen Chemikalien in Gruppen durchgeführt und ausgewertet. Dabei erschließen die Schülerinnen und Schüler das Funktionsprinzip der gekoppelten Zyklen aus Redoxreaktionen im Photo-Blue-Bottle Experiment, das Phänomen der Photokatalyse, die Umwandlung von Licht in chemische Energie, deren Speicherung in einer reduzierten Verbindung und ihre Freisetzung bei der Oxidation dieser Verbindung. Schließlich entdecken sie eine Möglichkeit zur Herstellung von „grünem“ Wasserstoff nach dem Prinzip der künstlichen Photosynthese, d.h. direkt durch Bestrahlung mit Licht ohne den Umweg über Photovoltaik und Elektrolyse.

Eine besondere Herausforderung ergab sich in den Lockdown-Perioden während der Corona-Pandemie in den Jahren 2020-2021. Dafür wurden digitale Lernpfade aus Medienpaketen mit Experimenten (als Videos), interaktiven Modellanimationen sowie adressatengeeigneten Arbeitsaufträgen und Arbeitsblättern (Sek. I, Sek. II) zusammengestellt. Sie können sowohl beim learning@home im Distanzunterricht als auch im regulären Präsenzunterricht eingesetzt werden. In diesem Fall sollten allerdings auch reale Experimente im Unterricht durchgeführt werden, ein Teil der anderen Materialien steht für Gruppenarbeiten und Hausaufgaben zur Verfügung. Die Medienpakete für die folgenden 5 Lernpfade werden auf den Bildungsservern mehrerer Bundesländer zur Verfügung gestellt: