Das Thema „Stoffeigenschaften von Wasser“ vernetzt die naturwissenschaftlichen Fächer Physik und Chemie. Bei der Kompetenzentwicklung im Physikunterricht nehmen die Basiskonzepte Materie, Wechselwirkung, System und Energie eine wichtige Rolle ein. Der Chemieunterricht beschäftigt sich mehr mit der Untersuchung und Beschreibung von Stoffen und deren chemischen Reaktionen als Einheit aus Stoff- und Energieumwandlungen, Teilchenveränderung und Umbau chemischer Bindungen. Alle diese Aspekte bilden Bestandteile der vorliegenden Einheit. Die Aggregatzustände von Wasser und ihre Deutung, der Zusammenhang zwischen Masse und Volumen eines Körpers sowie die Volumenänderung von Flüssigkeiten und Gasen bei Temperaturänderung (hier am Beispiel von Wasser) bilden feste Themen des Physikunterrichts. Die Eigenschaften von Wasser als eine Verbindung sowie Molekülbau und Stoff-Teilchen-Konzept stellen Themen und Inhalte des Rahmenlehrplans für den Chemieunterricht dar.
Die miteinander vernetzten naturwissenschaftlichen Basiskonzepte ermöglichen den Schüler:innen daher eine interdisziplinäre Vernetzung von Wissen, da sie in den Fächern Chemie und Physik vergleichbare Strukturierungselemente benutzen. Die Lernenden erarbeiten sich anhand des vorliegenden Materials ein strukturiertes naturwissenschaftliches Grundwissen. Dieses Grundwissen bildet die Grundlage für eine Vertiefung naturwissenschaftlicher Bildung in weiterführenden Bildungsgängen.
Vorkenntnisse
Das Lernen der Schüler:innen in den Fächern Chemie und Physik knüpft an die im Fach Naturwissenschaften 5/6 erworbenen Kenntnisse und Kompetenzen an. Weitere besondere Vorkenntnisse sind für die Durchführung des vorliegenden Materials nicht notwendig.
Methodische Analyse
Der Einstieg in die Einheit „Stoffeigenschaften von Wasser“ erfolgt, indem die Lehrkraft der Klasse Trockeneis bzw. deren Reaktion mit Wärme (schon bei Zimmertemperatur) vorstellt. Der aufkommende Nebel, welcher sofort zu Boden sinkt, dürfte bei den Schüler:innen Erstaunen und Interesse wecken. Trockeneis schmilzt unter Normaldruck nicht, sondern geht direkt in gasförmiges Kohlenstoffdioxid über und sublimiert. Die Klasse betrachtet den Vorgang, beschreibt ihre Beobachtungen und äußert Vermutungen zu den Vorgängen. Sollten hier bereits die Begriffe Aggregatzustand oder sogar Sublimieren fallen, kann die Lehrkraft diesen Beitrag wertvoll nutzen, um in die Erarbeitungsphase überzuleiten und die Beschäftigung mit den Aggregatzuständen im Folgenden einleiten.
In der Erarbeitungsphase setzen sich die Schüler:innen mit den Aggregatzustandsänderungen und ihrer Deutung auseinander. Konkrete Begrifflichkeiten, die hier gelernt werden und die im Bildungsplan der Sekundarstufe I für das Fach Physik in Berlin-Brandenburg festgehalten werden, sind Schmelzen, Erstarren, Sieden, Verdampfen, Kondensieren, Verdunsten, Schmelztemperatur und Siedetemperatur. Spätestens in der Sicherung und Besprechung der Ergebnisse des AB2 wird das Trockeneis-Experiment wieder aufgegriffen. Die Lernenden erklären, was eingangs physikalisch vorgegangen ist und nennen die korrekte Bezeichnung der Zustandsveränderung von fest zu gasförmig (Sublimieren). Für eine zusammenfassende Hausaufgabe der Stunde oder zur Binnendifferenzierung eignet sich das Erklärvideo von funk (ein Gemeinschaftsangebot der ARD und des ZDF) zu „Aggregatszustände“.
Nachdem im Vordergrund der ersten Stunde die Aggregatzustände und deren Veränderungen stand, liegt der Fokus der zweiten Stunde thematisch in der Dichteanomalie des Wassers. Die besondere Eigenschaft von Wasser, die es von fast allen anderen Flüssigkeiten unterscheidet, – Wasser hat bei 4 °C sein kleinstes Volumen und damit seine größte Dichte – erarbeiten sich die Lernenden zunächst mithilfe der Website von klassewasser.de (https://klassewasser.de/content/language1/html/3653.php). Anschließend bearbeiten sie das AB2, welches die Inhalte der o.g. Website aufgreift und eine Auseinandersetzung überprüft. Der Arbeitsauftrag 3 des AB 2 verlangt eine gründliche Auseinandersetzung mit der Thematik und versichert der Lehrkraft, ob die Schüler:innen die Dichteanomalie des Wassers vollständig erfasst haben.
Zur Vertiefung oder Binnendifferenzierung leistungsstarker bzw. schneller Schüler:innen befassen sich die Lernenden mit dem Videobeitrag von Terra X plus (ZDF) „Was die Anomalie des Wassers bedeutet“ (https://www.youtube.com/watch?v=hDpU-5Hwytg). Sie ergänzen die im Erklärvideo genannten Aspekte und erläutern, was die Anomalie des Wassers konkret für uns und das Leben auf der Erde bedeutet. Auf diese Weise vernetzen die Schüler:innen erworbenes Wissen und entwickeln multiperspektivisches Denken. Die Fächer Biologie, Chemie und Physik werden somit interdisziplinär verknüpft.
Didaktische Analyse: Kompetenzen
Fachkompetenz
Die Schüler:innen
- kennen die Fachbegriffe Schmelzen, Erstarren, Sieden, Verdampfen, Kondensieren, Verdunsten, Sublimieren, Resublimieren, Schmelztemperatur, Siedetemperatur und erläutern diese.
- kennen die spezifischen Eigenschaften des Wassers, deren Aggregatzustände und wissen, wo und wie sie vorkommen.
- können den Begriff „Dichteanomalie des Wassers“ erläutern und die Dichteanomalie des Wassers erklären.
- verstehen den Zusammenhang zwischen Masse und Volumen eines Körpers
Medienkompetenz
Die Schüler:innen
- arbeiten diszipliniert am PC oder Laptop.
- trainieren das selbstständige Erschließen von Themen und Inhalten.
Sozialkompetenz
Die Schüler:innen
- trainieren im Rahmen von Partnerarbeit ihre Zusammenarbeit mit anderen Personen.
- lernen einander zuzuhören und eigene Ergebnisse zu präsentieren.
