Das Orbitalmodell und die moderne Quantentheorie im gymnasialen Chemieunterricht: Grundlagenfach Chemie

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Sous-titre
MINT-Lernzentrum der ETH
Langue du cours
Deutsch
Objectif

Die Auswahl des „richtigen“ Atommodells für den gymnasialen Chemieunterricht war seit geraumer Zeit und ist heute noch ein intensiv diskutiertes Thema. Das MINT-Lernzentrum der ETH Zürich stellt eine erprobte, auf den neuesten Erkenntnissen der Lernforschung beruhende Möglichkeit vor, ein korrektes Atommodell in stufengerechter Weise im Gymnasium zu unterrichten.

Contenu du cours

Diese Unterrichtseinheit bieten wir in zwei verschiedenen Versionen an: Eine einfachere Version für das Grundlagenfach Chemie (10. Schuljahr Gymnasium) und eine etwas anspruchsvollere und erweiterte Version für das Schwerpunktfach Chemie/Biologie und für das Ergänzungsfach Chemie (12. bis 13. Schuljahr). Beide Versionen bilden gleichermassen den Inhalt dieser Fortbildungsveranstaltung.

Die Unterrichtseinheiten bieten einen nicht mathematischen Zugang zu diesem faszinierenden, aber auch als abstrakt und anspruchsvoll geltendem Gebiet. Möchte man den Aufbau der Elektronenhülle, die chemische Bindung und nicht zuletzt das Periodensystem der Elemente im Grundlagenfach Chemie ursächlich erklären, so muss man dem Orbitalmodell Platz einräumen. Sorgfältige didaktische Bearbeitung, lernwirksame Unterrichtsmethoden, ausgesuchte und teilweise auch neu entwickelte Experimente machen es der Lehrperson möglich, diesen faszinierenden Lerninhalt stufengerecht und mit Erfolg zu behandeln.

Themen der Unterrichtssequenzen für die Grundlagenfachversion: (1) Was ist Licht? Welle-Teilchen-Dualismus, (2) Schalenstruktur der Elektronenhülle, Bohr’sches Atommodell, (3) Unzulänglichkeiten des Bohr’schen Atommodells, Unschärfebeziehung, (4) Elektron als Welle, Welle-Teilchen-Dualismus, diskretes Verhalten stehender Wellen, (5) Orbitalbegriff, Born’sche Wahrscheinlichkeitsinterpretation der Wellengleichung, (6) Besetzung der Orbitale mit Elektronen, Energieprinzip, Pauli-Prinzip, Hund‘sche Regel, Elektronenkonfiguration der Elemente.

Themen der Unterrichtssequenzen für die Schwerpunktfachfachversion: Wie oben mit zwei zusätzlichen Kapiteln: (7) Licht und Materie (Entstehung des Lichts, Flammenfarben, Emissionsspektroskopie, Leuchterscheinungen mit Anwendungen– Fluoreszenz, Phosphoreszenz, Chemilumineszenz und Biolumineszenz. (8)Philosophische Aussagen der Quantenmechanik: Doppelspaltversuch mit einzelnen Teilchen, Schrödinger’sche Katze, Natur der Wirklichkeit.

Die Unterrichtseinheit wurde am MINT-Lernzentrum der ETH Zürich mit der Unterstützung und in Zusammenarbeit mit dem Nationalen Forschungsschwerpunkt QSIT (Quantum Science and Technology) entwickelt, an dem ETH Zürich als leitende Institution beteiligt ist.

Méthodes:
- Vorträge mit Diskussionen und Übungen zur Anwendung und Vertiefung
- Die Teilnehmenden erhalten detailliert ausgearbeitetes, kopierfähiges Unterrichtsmaterial.
Public-cible
Maturitätsschullehrpersonen für das Fach Chemie
Lieu du cours
ETH Zürich, MINT-Lernzentrum
Dates de cours
02. und 03. November 2018
Fournisseur de cours
ETH Zürich, MINT Lernzentrum
Direction du cours
Dr. Juraj Lipscher, Dr. Ralph Schumacher (beide MINT-Lernzentrum, ETH Zürich)

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