Unterrichtsplan | Aktives Lernen | Einführung in die Organische Chemie: Mindestformelprobleme

Annahmen: Dieser aktive Unterrichtsplan geht von einer 100-minütigen Unterrichtseinheit aus, in der die Schüler bereits das Buch und den Beginn der Projektentwicklung studiert haben und nur eine der vorgeschlagenen Aktivitäten während des Unterrichts durchgeführt wird, da jede Aktivität einen erheblichen Teil der verfügbaren Zeit in Anspruch nimmt.

Ziele

Dauer: (5 - 10 Minuten)

Dieser Abschnitt des Unterrichtsplans ist entscheidend, um die Lernziele festzulegen und sicherzustellen, dass die Schüler die zu erreichenden Ziele klar verstehen. Durch die Definition der Ziele haben die Schüler eine klare Vorstellung davon, was von ihnen erwartet wird und worauf sie sich in ihren Vorbereitungen konzentrieren müssen. Dies hilft auch, die Diskussionen und Aktivitäten im Unterricht zu lenken, um sicherzustellen, dass die Zeit effizient genutzt wird und alle Schüler mit den wichtigen Konzepten, die behandelt werden sollen, im Einklang stehen.

Hauptziele:

1. Die Schüler zu befähigen, Probleme zu lösen, die die Berechnung der empirischen Formel und der molekularen Formel organischer Verbindungen auf der Grundlage der prozentualen Zusammensetzung der vorhandenen Elemente beinhalten.

2. Analytische Fähigkeiten der Schüler zu entwickeln, damit sie theoretisches Wissen der organischen Chemie auf praktische Probleme anwenden können.

Einführung

Dauer: (15 - 20 Minuten)

Die Einführung dient dazu, die Schüler mit praktischen und realen Situationen zu engagieren, die Herausforderungen simulieren, die sie beim Studium und der Anwendung der organischen Chemie antreffen könnten. Durch die Präsentation von Problemen, die auf alltäglichen und realen Situationen basieren, wird der Unterricht relevanter, und die Schüler können die direkte Anwendbarkeit dessen, was sie zu Hause gelernt haben, sehen. Darüber hinaus, indem die Bedeutung der Berechnung von Formeln in verschiedenen Sektoren kontextualisiert wird, können die Schüler die Relevanz und das Spektrum der Konzepte erkennen, die sie gleich anwenden werden, was ihr Interesse und ihre Motivation für den Unterricht steigert.

Problemorientierte Situationen

1. Stellen Sie sich vor, Sie sind Chemiker in einem Labor und haben eine Probe einer neuen organischen Verbindung zur Analyse erhalten. Nach der elementaren Analyse stellen Sie fest, dass die Verbindung aus 40% Kohlenstoff, 6,7% Wasserstoff und 53,3% Sauerstoff besteht. Wie würden Sie die empirische Formel und die molekulare Formel dieser Verbindung bestimmen?

2. Ein Chemikant entdeckt ein altes Glas mit einer farblosen Flüssigkeit, die jedoch einen sehr starken und besonderen Geruch hat. Nach der Verbrennung der Verbindung stellt er fest, dass 82,6% der ursprünglichen Masse in Kohlendioxid umgewandelt wurden und der Rest in Wasser. Die elementare Analyse der Verbindung zeigt, dass sie aus 40% Kohlenstoff, 6,7% Wasserstoff und 53,3% Sauerstoff besteht. Was ist die Formel der organischen Verbindung?

3. Im Rahmen einer forensischen Untersuchung muss ein Chemiker die chemische Zusammensetzung einer Substanz bestimmen, die an einem verdächtigen Ort gefunden wurde. Die elementare Analyse zeigt, dass die Substanz 50% Kohlenstoff, 5,6% Wasserstoff und 44,4% Sauerstoff enthält. Berechnen Sie die empirische Formel und die molekulare Formel der organischen Verbindung.

Kontextualisierung

Die Fähigkeit, die empirische Formel und die molekulare Formel organischer Verbindungen zu bestimmen, ist nicht nur im Bereich der Chemie, sondern auch in praktischen alltäglichen Anwendungen von wesentlicher Bedeutung. Diese Berechnungen werden häufig in der Pharmaindustrie verwendet, um neue Medikamente zu entwickeln, in Lebensmittellaboren zur Analyse natürlicher Verbindungen und in Bereichen der Umweltforschung zur Untersuchung von Schadstoffen. Das Verständnis dieser Konzepte ermöglicht nicht nur die präzise Identifizierung von Substanzen, sondern auch die Manipulation und Schaffung neuer Verbindungen mit spezifischen Eigenschaften, die für den technologischen und wissenschaftlichen Fortschritt entscheidend sind.

Entwicklung

Dauer: (75 - 80 Minuten)

Die Entwicklungsphase ist so gestaltet, dass die Schüler die Konzepte der Berechnung empirischer und molekularer Formeln, die sie zuvor gelernt haben, praktisch und interaktiv anwenden können. Im Gruppenarbeiten festigen sie nicht nur ihr individuelles Verständnis, sondern entwickeln auch Fähigkeiten zur Zusammenarbeit und Kommunikation. Die Wahl einer spielerischen und kontextualisierten Aktivität zielt darauf ab, das Lernen ansprechender und bedeutungsvoller zu gestalten und die Schüler auf reale Situationen vorzubereiten, in denen dieses Wissen unerlässlich ist.

Aktivitätsvorschläge

Es wird empfohlen, nur eine der vorgeschlagenen Aktivitäten durchzuführen

Aktivität 1 - Molekulare Detektive: Der Fall der verblüffenden Verbindung

> Dauer: (60 - 70 Minuten)

- Ziel: Das Wissen über die Berechnung der empirischen und molekularen Formeln in einem praktischen und kollaborativen Szenario anzuwenden und Fähigkeiten zur Problemlösung und Kommunikation zu entwickeln.

- Beschreibung: Die Schüler, die in Gruppen von bis zu 5 Personen aufgeteilt sind, übernehmen die Rolle molekularer Detektive in einem forensischen Labor. Sie erhalten eine Beschreibung einer unbekannten Verbindung und deren elementare Analyse, die den Prozentsatz jedes vorhandenen Elements offenbart. Die Herausforderung besteht darin, die empirische und die molekulare Formel dieser Verbindung zu bestimmen, indem die Methode des umgedrehten Klassenzimmers genutzt wird, um das vorherige Wissen im Unterricht anzuwenden.

- Anweisungen:

• Organisieren Sie sich in Gruppen von bis zu 5 Personen.

• Lesen Sie sorgfältig die Beschreibung und die Daten der bereitgestellten Verbindung.

• Nutzen Sie die elementare Analyse, um die empirische Formel der Verbindung zu berechnen.

• Bestimmen Sie basierend auf den zusätzlichen Daten die molekulare Formel.

• Bereiten Sie eine visuelle und mündliche Präsentation vor, um den Prozess und die erzielten Ergebnisse zu erklären.

• Präsentieren Sie Ihre Lösung der Klasse und erläutern Sie das Denken hinter jedem Schritt.

Aktivität 2 - Die große chemische Herausforderung

> Dauer: (60 - 70 Minuten)

- Ziel: Fähigkeiten zur Problemlösung unter Druck zu entwickeln, das Teamwork zu fördern und die praktische Anwendung von Konzepten der organischen Chemie zu unterstützen.

- Beschreibung: In dieser Aktivität werden die Schüler herausgefordert, eine Reihe von Problemen zu lösen, die die Berechnung der empirischen und molekularen Formeln verschiedener organischer Verbindungen betreffen, unter Verwendung von Daten aus elementaren Analysen. Die Gruppen treten gegeneinander an, um zu sehen, wer schneller und genauer löst, was ein dynamisches und ansprechendes Lernumfeld schafft.

- Anweisungen:

• Bildung von Gruppen von bis zu 5 Schülern.

• Jede Gruppe erhält ein Set unterschiedlicher Probleme.

• Nutzen Sie die bereitgestellte elementare Analyse, um die empirische Formel jeder Verbindung zu berechnen.

• Bestimmen Sie basierend auf zusätzlichen Informationen die molekulare Formel.

• Halten Sie Ihre Antworten auf einer Tafel fest.

• Die erste Gruppe, die alle Probleme korrekt abschließt, gewinnt.

Aktivität 3 - Formeln auf der Speisekarte

> Dauer: (60 - 70 Minuten)

- Ziel: Das Wissen über die Berechnung organischer Formeln in einem kulinarischen Kontext anzuwenden und analytische sowie Kommunikationsfähigkeiten zu entwickeln.

- Beschreibung: Die Schüler arbeiten in Gruppen als chemische Berater für einen renommierten Koch, der ein neues Gericht mit einer Mischung aus organischen Verbindungen kreieren möchte. Die Herausforderung besteht darin, die empirischen und molekularen Formeln der verfügbaren Verbindungen zu bestimmen, unter Berücksichtigung ihrer Auswirkungen auf Geschmack und Textur der Lebensmittel.

- Anweisungen:

• Teilen Sie die Klasse in Gruppen von bis zu 5 Schülern auf.

• Jede Gruppe erhält die Beschreibung von drei organischen Verbindungen und deren elementare Analysen.

• Berechnen Sie die empirische und die molekulare Formel jeder Verbindung.

• Analysieren Sie, wie jede Verbindung den Geschmack und die Textur eines Gerichts beeinflussen könnte.

• Bereiten Sie einen kurzen Bericht vor, der die chemischen Eigenschaften der Verbindungen und deren potenzielle kulinarische Anwendungen diskutiert.

• Präsentieren Sie Ihre Entdeckungen dem Koch und der Klasse.

Feedback

Dauer: (15 - 20 Minuten)

Diese Rückmeldephase ist entscheidend, um das Lernen zu festigen und den Schülern zu ermöglichen, über den Prozess der Problemlösung nachzudenken. Durch die Gruppendiskussion haben die Schüler die Gelegenheit, ihr Verständnis zu verbalisieren und zu teilen, was helfen kann, Verwirrung oder Missverständnisse zu klären. Darüber hinaus kann das Anhören der Ansätze anderer Gruppen das Lernen bereichern, indem verschiedene Denk- und Lösungsansätze gezeigt werden und die Bedeutung von Teamarbeit und effektiver Kommunikation hervorgehoben wird.

Gruppendiskussion

Um die Gruppendiskussion zu beginnen, sollte der Lehrer jede Gruppe ermutigen, ihre Entdeckungen und den Prozess der Problemlösung zu teilen. Es wird empfohlen, dass jede Gruppe kurz das gegebene Szenario, die aufgetretenen Herausforderungen und wie sie die Konzepte der empirischen und molekularen Formel angewendet haben, um zu ihren Schlussfolgerungen zu gelangen, präsentiert. Der Lehrer kann eingreifen, um Fragen zu klären und sicherzustellen, dass alle Schüler aktiv an der Diskussion teilnehmen.

Schlüsselfragen

1. Was waren die größten Herausforderungen, mit denen Ihre Gruppe bei der Bestimmung der empirischen und molekularen Formeln der Verbindungen konfrontiert war?

2. Wie hat die elementare Analyse der Verbindungen bei der Lösung der Probleme geholfen?

3. Gab es eine Strategie zur Zusammenarbeit oder Organisation, die während der Aktivität herausragte?

Fazit

Dauer: (5 - 10 Minuten)

Die Schlussphase dient dazu, das Lernen zu festigen, eine klarere Verbindung zwischen Theorie und Praxis herzustellen und die Wichtigkeit der behandelten Konzepte zu betonen. Es ist wesentlich, damit die Schüler über das Gelernte nachdenken und die Anwendbarkeit dieses Wissens in realen Situationen erkennen können, und um einen angemessenen Abschluss des Unterrichts zu gewährleisten, der das Lernen festigt und die Schüler motiviert, das Thema weiter zu erkunden.

Zusammenfassung

In der Schlussfolgerung des Unterrichts sollte der Lehrer die Hauptkonzepte, die bezüglich der Berechnung der empirischen und molekularen Formeln organischer Verbindungen behandelt wurden, zusammenfassen und rekapitulieren. Es sollten die praktischen Aktivitäten, die durchgeführt wurden, nochmals betrachtet werden, wobei die Lösungen, die die Schüler gefunden haben, sowie die verwendeten Methoden hervorgehoben werden.

Theorieverbindung

Die heutige Stunde wurde strukturiert, um die zuvor zu Hause gelernten Theorien mit der praktischen Anwendung im Klassenzimmer zu verbinden, durch Aktivitäten, die reale und praktische Situationen simulierten. Die vorgeschlagenen Probleme wurden so entworfen, dass sie Herausforderungen widerspiegeln, mit denen die Schüler in realen Laboren konfrontiert werden könnten, wodurch eine direkte Verbindung zwischen den theoretischen Konzepten und deren Anwendungen geschaffen wird.

Abschluss

Zum Schluss sollte der Lehrer die Relevanz des Studiums der organischen Chemie und der Berechnungen von Formeln im täglichen Leben und in verschiedenen Berufsfeldern, wie in der Pharmaindustrie und der Umweltforschung, hervorheben. Dieser Abschluss dient dazu, die Bedeutung des Gelernten zu verstärken und die Schüler zu motivieren, weiterhin zu forschen und diese Konzepte in zukünftigen Kontexten anzuwenden.