Die Unterrichtsreihe vom Cyclohexan zum Nylon vor dem Hintergrund ihrer Realisierungsmöglichkeit in einem Grundkurs der Jahrgangsstufe 12

1. Einleitung

Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit dem Gegenstand einer Unterrichtsreihe, die in den Richtlinien und Lehrplänen für die Sekundarstufe II in NRW1 vorgeschlagen wird. Da diese Richtlinien und Lehrpläne erst am 1. August des Jahres 1999 in Kraft getreten sind und noch keine Schulbücher oder andere Unterrichtsmaterialien zur Verfügung stehen, entstanden bereits im Vorfeld viele Fragen, die der Verfasser beantwortet wissen wollte. So wurde die Entscheidung für dieses Thema zu einem großen Teil dadurch beeinflusst, dass die eigenständige Planung der Reihe vielfältige Recherchen und Versuchsreihen erforderte. Dies war zugleich Ansporn für mich zu versuchen selbstständig eine Einheit zu entwickeln, um damit zur Innovation des Chemieunterrichtes beizutragen.

Ein weiterer Gesichtspunkt war die Hinführung der Schüler und Schülerinnen zu eigenständigem wissenschaftlichen Arbeiten. Dieses Ziel wird durch den direkten Bezug vom bekannten Rohstoff zu Anwendungsprodukten, die täglich benutzt werden, motivierend unterstützt. Ausgehend von dieser Grundmotivation erschien es mir bei dieser Reihe vielversprechend den Schülern den wissenschaftlichen Erkenntnisweg in der Chemie, als eines der Hauptziele im Chemieunterricht, mit einem stark experimentell gestalteten Unterricht näher zu bringen. Ein Kernanliegen sollte hierbei das selbstständige Erarbeiten von Synthesewegen sein, die dann experimentell überprüft werden sollten.

Der Gegenstand dieser Arbeit begründet sich also aus dem Wunsch, und den damit einhergehenden Problemen, das Themenfeld B der Richtlinien1 “Reaktionswege zur Herstellung von Stoffen in der organischen Chemie“ schülerorientiert, interessant und mit hohem Verständnisgrad aufzuarbeiten, um so einen Beitrag zur Innovation zu leisten. Der Gegenstand der Arbeit ist die Reihe “vom fossilen Rohstoff über Cyclohexanol zu Anwendungsprodukten“1.

Für diese spezielle Reihe habe ich mich entschieden, da im Vorfeld die Entstehung und Gewinnung von Erdöl, sowie deren Aufarbeitung im Unterricht thematisiert wurde. Eine nahtlose Anknüpfung war möglich und es erschien auch sinnvoll das vorhandene Wissen zu nutzen.

Die alternative Reihe “vom fossilen Rohstoff über Ethen zu Anwendungsprodukten“1 wurde aus methodischen Gründen verworfen, da für Anwendungsprodukte keine einfachen Schülerversuche zur Synthese von Kunststoffen möglich sind.

Der Schwerpunkt dieser Arbeit liegt in folgenden bei der Planung und Durchführung der Reihe aufgeworfenen Problemen:

- Diskrepanz zwischen benötigtem und von den Richtlinien gefordertem Vorwissen
- Der experimentellen Praktikabilität in der Schule
- Vereinbarkeit mit dem wissenschaftspropädeutischen Arbeiten in der Sekundarstufe II
- Rahmenbedingungen der Richtlinien für einen GK der Jahrgangstufe 12

Die Arbeit soll hierbei aufzeigen, dass eine Realisierung dieser Reihe selbst bei engagierter Planung und erhöhter Grundmotivation des Lehrers mit den Rahmenbedingungen der Richtlinien an mehreren Stellen nicht korreliert und sich eine praktische Umsetzung in einem experimentell ausgelegten Unterricht nicht bewährt hat. Diese Aussagen können zwar nicht verallgemeinert werden und treffen für die konkrete Planung nur auf eine Lerngruppe zu, sind aber im Hinblick auf die experimentelle Durchführung auf jede Lerngruppe übertragbar. Außerdem wird aufgezeigt, dass Alternativkonzepte mit geringerem Experimentalanteil für das Verständnis der wissenschaftlichen Erkenntnisgewinnung in der Chemie für die Schüler eher hinderlich als förderlich sind.

2. Bedingungsanalyse

Die Grundlage jedes Unterrichts bedarf einer sorgfältigen Planung im Vorfeld. Bei der Konzeption dieser Reihe waren zunächst folgende Bedingungsfaktoren kritisch zu betrachten:

- Vorgaben der Richtlinien und Lehrpläne
- Voraussetzungen der Lerngruppe in fachlicher, methodischer und sozialer Kompetenz
- Materielle Ausstattung der Schule
- Komplexität des Gegenstandes und dessen Sachreduktion

2.1 Einordnung in den Lehrplan Chemie für die Sek. II

Die Inhalte der Jahrgangsstufe 12 stehen nach dem Lehrplan unter dem Leitthema “Chemie in Anwendung und Gesellschaft“ und gliedern sich in drei Themenfelder. Die zu konzipierende Reihe ist dabei in das Themenfeld B “Reaktionswege in der organischen Chemie“ einzuordnen. Eine Begründung für das Leitthema ist nach dem Lehrplan, dass durch Erweiterung und Vertiefung der chemischen Kenntnisse auch “komplexere chemische Vorgänge in der Umwelt und in der Technik verstanden werden können“ 1, wobei dessen Themenfelder dazu beitragen sollen ein solides Basiswissen zu vermitteln, das zu wissenschaftspropädeutischem Arbeiten führt.

Hierbei sollte allerdings bedacht werden, dass der Erwerb von Wissen in der Regel an seinen Kontext unmittelbar gebunden ist. Hieraus ergibt sich, dass die Vermittlung chemischer Grundkenntnisse im Unterricht in einem auf den Lernenden hin orientierten Anwendungsbereich erfolgen muss. Dazu können sowohl alltags – umweltbezogene als auch aktuelle Themenstellungen beitragen.

Nach Parchman und anderen2 sind diese Kontexte “aktuelle, auf die Lebenswelt bezogene Fragestellungen, innerhalb derer die sinnstiftenden Beiträge dieser Wissenschaftsdisziplin einsichtig werden und sich Sachstrukturen erschließen lassen. Ziel soll es dabei sein, die Sinnhaftigkeit der Beschäftigung mit der Wissenschaftsdisziplin einsichtig zu machen und gleichzeitig aus ihr heraus die Entfaltung einer Handlungskompetenz anzubahnen. “

Um diese Kontextorientierung sinnvoll umsetzen zu können, sollten fachliche Inhalte auf fundamentale Konzepte zurück zuführen sein. Eine Auflistung solcher Konzepte ist in den Lehrplänen nicht zu finden, aber einen guten Vorschlag für Basiskonzepte enthält die Zeitschrift MNU.3

Bei der Analyse der fachlichen Inhalte des Themenfeldes B wird ersichtlich das sich diese auf das Basiskonzept der Struktur – Eigenschaftsbeziehungen stützen. Dies wird auch bei der Begründung des Themenfeldes auch ersichtlich. Das Themenfeld B soll an das Vorwissen der Schüler über funktionelle Gruppen aus der Jahrgangsstufe 11 anknüpfen und dieses erweitern, so dass bedeutende Reaktionstypen ( Addition, Substitution, Eliminierung, usw.) behandelt werden können. Zwei Reaktionstypen sind hierbei verbindlich. Des weiteren sollen Steuerungsmöglichkeiten von Reaktionsabläufen vermittelt werden, sowie die Formulierung eines Reaktionsmechanismus. Aus diesen Kenntnissen soll nun das Verständnis für Reaktionswege zur Synthese von Anwendungsprodukten erwachsen. Als weitere Hilfen für das Umsetzen des Lehrplans im Unterricht wird darauf hingewiesen, dass ein Reaktionsmechanismus nur im Leistungskurs aufgeklärt werden soll. Als weitere Hilfen werden drei Unterrichtsreihen vorgeschlagen:

- Vom fossilen Rohstoff über Ethen zu Anwendungsprodukten
- Vom Raps über Rapsöl zu Anwendungsprodukten
- Vom fossilen Rohstoff über Cyclohexanol zu Anwendungsprodukten

Ihre Konkretisierung finden diese Unterrichtsreihen durch die sogenannten “Reaktionssterne“, die durch Darstellung möglicher Reaktionswege verschiedene Strukturen des Unterrichts aufzuzeigen. Die weitere Planung dieser Reihe erfolgte im Hinblick auf die unterrichtliche Umsetzung eines Reaktionssterns, der im folgenden dargestellt ist:

Reaktionsstern zur Unterrichtsreihe1:

“Vom fossilen Rohstoffe über Cyclohexanol zu Anwendungsprodukten“

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

In der Schule experimentell zugänglich In der Schule nicht oder nur mit

erheblichen Aufwand zu realisieren

2.2 Materielle Voraussetzungen

Aufgrund einer Kooperation des Helmholtz – Gymnasiums mit dem Maria – Wächtler – Gymnasium im Bereich der Naturwissenschaften, sowie ihrer räumlichen Nähe zueinander, standen mir die Ausstattungen zweier Chemiesammlungen zur Verfügung.

Dadurch mussten bei den Überlegungen für die weitere Planung in Bezug auf Schülerexperimente keine Einschränkungen in Kauf genommen werden. Von den im Reaktionsstern aufgeführten Chemikalien waren Cyclohexen, Cyclohexanol und Adipinsäure vorhanden, so dass der im Reaktionsstern aufgezeigte Weg möglich schien, zumal auch die weitere Ausstattung mit Chemikalien keine Wünsche unbefriedigt ließ. Zum Nachweis von festen Reaktionsprodukten stand eine Apparatur zur Schmelzpunktbestimmung nach ________ zur Verfügung, sowie die Möglichkeit mit Hilfe von UV / VIS und 1H NMR – Spektroskopen am Institut für ______________ in Mülheim für flüssige Reaktionsprodukte Spektren anzufertigen. Insgesamt können die materiellen Voraussetzungen an diesen Schulen als sehr gut bezeichnet werden.

2.3 Rahmenbedingungen der Lerngruppe

Die Lerngruppe besteht aus einem zusammengesetzten Chemie – Grundkurs der Jahrgangsstufe 12, folgend aus der Kooperation der beiden Gymnasien. Die Lerngruppe umfasst 14 Schüler (8 Mädchen und 6 Jungen), wobei nur 4 Schülerinnen von meiner Ausbildungsschule stammen und mir daher schon bekannt waren. Durch die geringe Größe der Lerngruppe war es mir möglich innerhalb einer einwöchigen Hospitationsphase schnell Kontakt zu den Schülern zu finden. Dies führte zu hervorragenden Lehrbedingungen, die mir ermöglichten während der ganzen Zeit ein gutes individuelles Betreuungsverhältnis aufzubauen. Auch für die Schüler waren damit gute Lernvoraussetzungen geschaffen, die sich auch im positiven Lernklima wiederspiegelten.

Obwohl es in der Jahrgangsstufe 12 auch einen Leistungskurs gibt, ist das Lernniveau der Schüler im Bezug auf Grundkurse dieser Jahrgangsstufe als durchschnittlich zu bezeichnen und die Beteiligung im Unterricht ist gut.

Die methodischen Vorraussetzungen der Lerngruppe traten bei meiner ersten Unterrichtsstunde, in der eine arbeitsteilige Gruppenarbeit gut umgesetzt werden konnte, positiv in Erscheinung. Weitergehend sollte durch individuelle Betreuung während eingeplanter Stillarbeitsphasen die Lerngruppe auf nahezu homogenem Niveau gehalten werden.

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