Rebecca Grandrath, Diana Zeller, Richard Kremer, Julian Venzlaff, Michael W. Tausch und Claudia Bohrmann-Linde

E3 – Energieumwandlung experimentell erleben

Energieparcours, Energieumwandlung, Fotosynthese
Experiment zur künstlichen Fotosynthese, © Claudia Bohrmann-Linde

Rebecca Grandrath, Diana Zeller, Richard Kremer, Julian Venzlaff, Michael W. Tausch und Claudia Bohrmann-Linde

Energieparcours zum Thema Energie und Energieumwandlung

Der Begriff Energie stellt eines der Basiskonzepte der Chemie dar und ist trotz oder gerade wegen seiner Präsenz im Alltag und im naturwissenschaftlichen Bildungskontext sehr schwer zu verstehen [1]. Mit dem Energiebegriff werden Fehlvorstellungen, etwa die Stofflichkeit und Vernichtbarkeit, verknüpft [2]. Diese konnten auch in von uns aktuell durchgeführten empirischen Erhebungen in allen Altersstufen von sechs bis 60 Jahren bestätigt werden. Das legt nahe, wie wichtig eine wiederholte Thematisierung des Energiebegriffs entlang einer Bildungsbiographie mit zunehmendem Abstraktionsniveau ist. Daher wurde in unserem Arbeitskreis ein gestuftes Experimentierprogramm erarbeitet, das von der Primarstufe, über die Sekundarstufen bis in die Lehramtsstudiengänge für verschiedene Schulformen eingesetzt wird.
In diesem Artikel wird ein Experimentierparcours für Lernende der Sekundarstufe II vorgestellt, in dem verschiedene Facetten des Energiebegriffs aufgegriffen werden. Im Fokus steht dabei die Betrachtung von Energieumwandlungen. An drei Stationen werden jeweils zwei Schulexperimente vorgestellt, von denen jeweils eines als klassisch bzw. etabliert und das andere als innovativ bezeichnet werden kann (Tab.1 ).
Zu diesen Versuchen werden Arbeitsblätter für Lernende inklusive Experimentieranleitungen angeboten, die auch eine Auseinandersetzung mit dem Energiebegriff anstoßen. Der Experimentierparcours ist für ein außerunterrichtliches Setting und einen Zeitraum von zwei bis drei Zeitstunden konzipiert. Er ermöglicht einen Einstieg in die fachlichen Hintergründe. Weiterführende Materialien und Informationen sind anhand der angegebenen Literaturstellen zu finden. Die angebotenen Materialien werden fortlaufend optimiert und sind über die Homepage der Wuppertaler Chemiedidaktik zugänglich.
Der Experimentierparcours
Station 1: Solarzellen-Umwandlung von Lichtenergie in elektrische Energie
Seit Jahrzehnten gilt die Photovoltaik als eine vielversprechende Lösung für die zukünftige Energieversorgung, da mit ihr die nahezu unerschöpfliche Energie der Sonne in elektrische Energie umgewandelt werden kann. Nicht nur im Alltag der Lernenden, sondern auch in den Bildungsplänen der Bundesländer sind Solarzellen fest verankert. Jedoch ist das Thema Halbleiter und Halbleitertechnologie vor allem im Physikunterricht etabliert, weshalb sich Solarzellen vor allem in Physikschulbüchern finden lassen und eher selten in Chemieschulbüchern integriert wurden [3, 4].
Der Klassiker:
Die Silicium-Solarzelle
Im Physikunterricht wird in der Regel die „klassische Silicium-Solarzelle eingesetzt, mit der die Umwandlung von Lichtenergie in elektrische Energie demonstriert werden kann. Silicium-Solarzellen sind Lernenden aus ihrem Alltag bekannt, da sie 90% des Marktanteils ausmachen [5]. Um an der Alltagswelt der Lernenden anzuknüpfen, werden an dieser Station die „klassischen Silicium-Solarzellen zum Einstieg genutzt. Mit einem Solarzellen-Panel und einem Solarspielzeug erkunden die Lernenden die Auswirkung verschiedener Lichtfarben auf die gemessene Spannung. Das Solarzellen-Modul ist an ein Multimeter angeschlossen, sodass die sich aufbauende Spannung während der Bestrahlung beobachtet werden kann. Mit einer Taschenlampe, an der rotes, blaues und weißes Licht eingestellt werden kann, wird dann das Solarzellen-Modul bestrahlt. Die gleiche Durchführung wiederholen die Lernenden anschließend mit dem Solarspielzeug. Das primäre Ziel des Experiments ist die Feststellung, dass Solarzellen Lichtenergie in elektrische Energie umwandeln. Als sekundäres Ziel kann aus den Beobachtungen geschlossen werden, dass bei Verwendung geeigneter Taschenlampen verschiedene Lichtfarben zu unterschiedlichen Spannungswerten führen. Da langwelliges, rotes Licht energieärmer als kurzwelliges,...

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Fakten zum Artikel
aus: Unterricht Chemie Nr. 172 / 2019

Nachhaltigkeit

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