Chemie · Klasse 13

Ideen für aktives Lernen

Grüne Chemie: Prinzipien und Anwendungen

Aktives Lernen eignet sich besonders gut für das Thema Grüne Chemie, weil Schülerinnen und Schüler komplexe Prinzipien durch eigenes Handeln und konkrete Anwendungen begreifen. Die Verbindung von Theorie und Praxis ermöglicht es ihnen, die Relevanz der Prinzipien für reale chemische Prozesse direkt zu erleben und zu reflektieren.

• KMK Bildungsstandards
• KMK: Sekundarstufe II - Bewertung: Nachhaltigkeit
• KMK: Sekundarstufe II - Erkenntnisgewinnung: Problemlösung

• 35–60 Min.
• Partnerarbeit → Ganze Klasse
• 4 Aktivitäten

Aktivität 01

• Lernen an Stationen
• 50 Min. · Kleingruppen

Lernen an Stationen: Prinzipien der Grünen Chemie

Richten Sie 12 Stationen ein, eine pro Prinzip, mit Beispielen, Infoblättern und Materialien wie Modellen. Gruppen rotieren alle 4 Minuten, notieren Anwendungen und diskutieren. Abschließend teilen sie Erkenntnisse im Plenum.

Erklären Sie die zwölf Prinzipien der Grünen Chemie.

Moderationstipp

Beim Stationenlernen die Prinzipien mit klaren Beispielen und Rechenaufgaben verknüpfen, damit Schüler die Vorteile grüner Prozesse selbst berechnen können.

Worauf zu achten ist

Die Schüler erhalten eine kurze Beschreibung eines chemischen Prozesses (z.B. die Herstellung von Ammoniak). Sie sollen zwei Prinzipien der Grünen Chemie identifizieren, die in diesem Prozess verbessert werden könnten, und jeweils einen konkreten Vorschlag zur Verbesserung formulieren.

• Erinnern
• Verstehen
• Anwenden
• Analysieren
• Selbststeuerung
• Beziehungsfähigkeit

Aktivität 02

• Problemorientiertes Lernen
• 40 Min. · Partnerarbeit

Case-Study-Analyse: Industrielle Umstellungen

Teilen Sie Fallstudien aus, z. B. BASF-Prozesse oder Bio-Katalysatoren. Paare analysieren Vorher-Nachher-Vergleiche hinsichtlich Prinzipien, quantifizieren Verbesserungen und erstellen Infografiken.

Analysieren Sie Beispiele für die Anwendung Grüner Chemie in der Industrie.

Moderationstipp

In der Case-Study-Analyse darauf achten, dass Schüler die industriellen Umstellungen nicht nur beschreiben, sondern auch die zugrundeliegenden Prinzipien identifizieren.

Worauf zu achten ist

Stellen Sie die Frage: 'Welche Herausforderungen sehen Sie bei der Implementierung der Grünen Chemie in der großtechnischen chemischen Produktion, insbesondere im Hinblick auf Kosten und Effizienz?' Die Schüler diskutieren in Kleingruppen und präsentieren die wichtigsten Diskussionspunkte.

• Analysieren
• Bewerten
• Erschaffen
• Entscheidungsfähigkeit
• Selbststeuerung
• Beziehungsfähigkeit

Aktivität 03

• Problemorientiertes Lernen
• 60 Min. · Kleingruppen

Design-Challenge: Grüner Syntheseprozess

Gruppen wählen einen Alltagsprozess, z. B. Waschmittelherstellung, und entwerfen eine grüne Variante unter Einhaltung von 4-6 Prinzipien. Sie modellieren mit Software oder Zeichnungen und präsentieren.

Designen Sie einen chemischen Prozess unter Berücksichtigung der Prinzipien der Grünen Chemie.

Moderationstipp

Bei der Design-Challenge die Schüler anhalten, ihre Lösungen nicht nur zu skizzieren, sondern auch die Eignung der Prinzipien zu begründen.

Worauf zu achten ist

Geben Sie den Schülern eine Tabelle mit verschiedenen chemischen Reaktionen und deren E-Faktoren. Bitten Sie sie, die Reaktionen nach ihrer Umweltfreundlichkeit zu ordnen und die Kriterien der Grünen Chemie zu nennen, die zu dieser Reihenfolge führen.

• Analysieren
• Bewerten
• Erschaffen
• Entscheidungsfähigkeit
• Selbststeuerung
• Beziehungsfähigkeit

Aktivität 04

• Rollenspiel
• 35 Min. · Kleingruppen

Rollenspiel: Industrie-Entscheidung

Schüler übernehmen Rollen als Chemiker, Manager und Umweltexperten. Sie debattieren die Umstellung eines Prozesses auf grüne Prinzipien und erarbeiten einen Kompromissvorschlag.

Erklären Sie die zwölf Prinzipien der Grünen Chemie.

Moderationstipp

Im Rollenspiel die Schüler gezielt nach den Herausforderungen der Umsetzung fragen, um ein differenziertes Bild zu fördern.

Worauf zu achten ist

Die Schüler erhalten eine kurze Beschreibung eines chemischen Prozesses (z.B. die Herstellung von Ammoniak). Sie sollen zwei Prinzipien der Grünen Chemie identifizieren, die in diesem Prozess verbessert werden könnten, und jeweils einen konkreten Vorschlag zur Verbesserung formulieren.

• Anwenden
• Analysieren
• Bewerten
• Sozialbewusstsein
• Selbstwahrnehmung

Einige Hinweise zum Unterrichten dieser Einheit

Lehrkräfte sollten Grüne Chemie als Prozess vermitteln, bei dem Schülerinnen und Schüler selbst Entscheidungen treffen und deren Konsequenzen abwägen. Vermeiden Sie isolierte Theorievermittlung, stattdessen fördern Sie durchgängig die Verknüpfung von Prinzipien und Anwendungen. Forschung zeigt, dass Schüler nachhaltiger lernen, wenn sie die Prinzipien in authentischen Kontexten anwenden.

Erfolgreiches Lernen zeigt sich, wenn die Schülerinnen und Schüler die zwölf Prinzipien der Grünen Chemie nicht nur benennen, sondern auch auf konkrete Prozesse anwenden. Sie sollen Kosten-Nutzen-Vergleiche durchführen, alternative Synthesewege diskutieren und ihre Entscheidungen begründen können.

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Vorsicht vor diesen Fehlvorstellungen

• Grüne Chemie ist immer teurer und weniger effizient.

  During Stationenlernen: Präsentieren Sie den Schülern eine Tabelle mit den E-Faktoren der klassischen und der grünen Ibuprofen-Synthese und lassen Sie sie die Kostenersparnis durch weniger Abfall berechnen, um das Vorurteil direkt zu widerlegen.

• Grüne Chemie bedeutet nur natürliche Rohstoffe zu verwenden.

  During Stationenlernen: Lassen Sie die Schüler in Gruppen die zwölf Prinzipien auf Karten sortieren und dabei erkennen, dass Prinzipien wie Atomökonomie oder Energieeffizienz unabhängig von der Herkunft der Rohstoffe sind.

• Die Prinzipien sind nur für die Industrie relevant.

  During Rollenspiel: Bitten Sie die Schüler, im Rahmen des Industrie-Entscheidungsspiels auch Alltagsbeispiele zu nennen, um zu zeigen, dass die Prinzipien im Labor und Alltag gleichermaßen gelten.

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In dieser Übersicht verwendete Methoden

• Lernen an Stationen
• Problemorientiertes Lernen
• Rollenspiel