7. – 7. Schuljahr

Susanne Metzger, Lorenz Möschler und Livia Murer

Naturwissenschaftliches Arbeiten

Eine Unterrichtseinheit zum Einstieg in den integrierten Naturwissenschaftsunterricht

Die hier vorgestellte Unterrichtseinheit ist als Einstieg in den integrierten Naturwissenschaftsunterricht der Sekundarstufe I konzipiert (s.a. Kasten).1) Es geht im Wesentlichen darum, naturwissenschaftliche Denk-, Arbeits- und Handlungsweisen kennenzulernen und anzuwenden. Dazu gehören beispielsweise das Vermuten und Prüfen, das Betrachten und Beobachten, das Erkunden und Experimentieren oder das Diskutieren und Interpretieren (s.a. Kasten 1; für detaillierte Informationen siehe z.B. [2] oder [3], S. 21). Indem sich die Jugendlichen mit verschiedenen Gebieten der Naturwissenschaften sowie mit wichtigen Erfindungen beschäftigen, wird ihnen außerdem die Bedeutung von Naturwissenschaften und Technik im Alltag und in ihrer Lebenswelt deutlich.
Geförderte Kompetenzen
Geförderte Kompetenzen
Mit der hier vorgestellten Unterrichtseinheit sollen die Schülerinnen und Schüler folgende Kompetenzen des Lehrplans 21 2) erwerben (kursiv: verbindliche Inhalte gemäß Lehrplan; s.a. [3]):
Die Schülerinnen und Schüler können
  • … beschreiben, wie naturwissenschaftliche Erkenntnisse gewonnen werden (z.B. Was ist eine Beobachtung? Was ist eine naturwissenschaftliche Frage? Was ist eine Hypothese? Was ist ein Experiment? Welche Rolle spielen die Untersuchungsbedingungen?). Naturwissenschaftliche Beobachtung (NT.1.1.a1)
  • können die Funktionsweise einfacher technischer Geräte erfassen und Komponenten nachbauen (z.B. Handbohrmaschine, Heißluftballon). Einfache technische Geräte: Funktionsweise (NT.1.2.a1)
  • mikroskopische Phänomene an Zellen beobachten, dokumentieren und deren Funktionen präsentieren (z.B. Plasmaströme in Wasserpestzellen mikroskopieren und erläutern). Zellen, Mikroskopieren (NT.8.2a)
  • Experimente zu Wachstum und Entwicklung von Pflanzen planen, durchführen und dokumentieren (z.B. Keimungs- und Wachstumsexperimente). Pflanzenwachstum, Pflanzenentwicklung, Experimentierprozess (NT.8.2.b)
Einstieg
Für eine erste Einstimmung zum naturwissenschaftlichen Arbeiten führen die Schülerinnen und Schüler ein einfaches Experiment durch. Es geht dabei in erster Linie darum, dass die Jugendlichen eine Vermutung anstellen, das Experiment durchführen und überprüfen, ob ihre Vermutung stimmt. Das beobachtete Phänomen soll an dieser Stelle noch nicht erklärt werden. Vielmehr sollen die Schülerinnen und Schüler verblüfft werden, ins Staunen geraten und erkennen, dass Experimente manchmal anders ausgehen, als man zu Beginn vermutet.
Als Experiment eignet sich zum Beispiel „Die Schlange des Pharao (s. Kasten 2), weil die Schülerinnen und Schüler dessen Ausgang vermutlich noch nicht kennen.
Die Schlange des Pharao
Die Schlange des Pharao
Material
  • Emser Pastille (Salz-Lutschtablette) ohne Menthol und mit Zucker
  • feuerfeste Unterlage
  • Sand (dient der Isolation und fixiert die Pastillen)
  • Brennsprit
  • Feuerzeug oder Streichhölzer
Beschreibung
Werden Emser Pastillen stark erhitzt, entsteht mit der Zeit ein schwarzes Gebilde, das an eine Schlange erinnert.
Der Name des Versuchs geht auf die biblische Geschichte von Moses und Aaron zurück, in der sich der vor den Pharao hingeworfene Stab Aarons in eine Schlage verwandelt.
Erklärung
Die zwei Hauptbestandteile der Emser Pastillen sind Zucker (Saccharose) und das Emser Salz, das zum größten Teil aus Natriumhydrogencarbonat (Natron) besteht. Werden die Pastillen stark erhitzt, zerfällt das Natriumhydrogencarbonat in Natriumcarbonat, Kohlenstoffdioxid und Wasser. Zusätzlich karamellisiert der Zucker und bildet mit dem CO2 einen Schaum. Durch die weitere Verbrennung verkohlt dieser Schaum aus Karamell und bildet die zu beobachtende Struktur, die scheinbar wächst, da von der Quelle, der brennenden Pastille, weiter „Material nachgeschoben wird.
Hinweis
Das Experiment kann später im Rahmen einer Einheit...

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