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Ein neuer didaktischer Ansatz zur Einführung in die Elektro-chemie in der Sekundarstufe I

 

Auf der Grundlage unserer bisherigen, insbesondere experimentellen, Erfahrungen auf dem Gebiete der Elektrochemie und der Desiderata in der chemiedidaktischen Forschung wollen wir ein neuartiges Curriculum „Einführung in die Elektrochemie“ entwickeln, in Lehrerfortbildungen vorstellen und verbessern und in Schulklassen (Realschule und Gymnasium, SEK I) exemplarisch erproben. Videoaufnahmen und Unterrichtsvignetten sollen in einer ausgewählten Chemiedidaktik-Veranstaltung mit Chemiestudenten besprochen und  hinsichtlich der Wirksamkeit der Unterrichtseinheit diskutiert werden. Dies soll im Vergleich zu den gängigen Einführungen in die Elektrochemie geschehen. Den vorläufigen Abschluss des Projekts bildet eine Befragung der Chemiedidaktiker der PHen Baden-Württembergs zu der mutmaßlichen Wirksamkeit des von uns entwickelten Curriculums sowie die Auswertung dieser Befragung im Rahmen einer wiss. Hausarbeit.

Ausgewählte neuere chemiedidaktische Veröffentlichungen zur Elektrochemie zeigen, dass Missverständnisse zum elektrochemischen Ablauf bestimmter, chemiedidaktisch relevanter, Elektrodenreaktionen bestehen. Wir konnten zeigen, dass die sog. Zitronenbatterie, ein im Chemieunterricht gerne eingesetztes Experiment, deutlich komplizierter ist, als diese Veröffentlichungen annehmen. So kommen wir in [1] zu dem Schluss, dass es aus fachlichen Gründen nicht sinnvoll ist, dieses Experiment im Unterricht zu verwenden.

In dem Antrag wurde das Projekt aus didaktischen Erwägungen begründet. Diese Begründung erfolgte auf drei Ebenen:

·         Die große Bedeutsamkeit der Elektrochemie in der Gegenwart und der Zukunft machen eine entsprechend didaktisch-methodische Aufarbeitung des Themas für den Chemieunterricht notwendig.

·         Defizite der bisherigen chemiedidaktischen Ansätze führen zu den in empirischen Untersuchungen festgestellten Falschvorstellungen über den Ablauf elektrochemischer Vorgänge.

·         Die Kombination aus der visuellen Beobachtung von Elektrodenvorgängen und ihrem messtechnischen Verfolgen (mit Hilfe der wichtigsten Methode der Elektrochemie, der sog. Cyclovoltammetrie) kann, so unsere Arbeitshypothese, zu einem besseren Verständnis der Elektrochemie führen.

In unseren Vorarbeiten wurde eine vereinfachte Theorie zur Cyclovoltammetrie vorgestellt und an mehreren Beispielen experimentell geprüft. Dadurch können die in der Elektrochemie diskutierten Elektrodenvorgänge (reversibel, quasi-reversibel und irreversibel) verdeutlicht werden [2].

In einer Veröffentlichung zur sog. Elektrochromie (farbliche Änderungen an der Elektrodenoberfläche durch Reduktions- und Oxidationsvorgänge) konnte an mehreren Beispielen die Nützlichkeit der Cyclovoltammogramme zur Identifizierung der Elektrodenvorgänge gezeigt und mit farblichen Änderungen an der Elektrode verglichen werden [3, 4].

Dasselbe gilt auch für die Vorgänge im alkalischen Silber-Zink- und Kupfer-Zinkakku. Nur durch die Interpretation von Cyclovoltammogrammen können die Lade- und Entladevorgänge verstanden werden [5].

Eine mehr analytische Anwendung der Cyclovoltammetrie besteht in der Identifizierung von Stoffen. Dies wurde, neben weiteren, spektroskopischen Charakteristika, an den Beispielen Glyphosat und AMPA (Aminomethylphosphonic acid)  gezeigt [6].

Die sog. elektrogenerierte Chemiluminescence (ECL) ist eine Methode, die chemiedidaktisch genutzt werden kann, um Elektrodenvorgänge sichtbar zu machen. Dies wurde an dem bisher am besten untersuchten System Tris(bispyridyl)ruthenium (II) / Tripropylamin (als Coreaktand) gezeigt. Hier lässt sich auf sehr anschauliche Weise das Cyclovoltammogramm mit (optischen) ECL-Signalen korrelieren [7].       

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