3. Schülerexperimente zur Verbrennung von Kerzen
3.1 Streichholztest und Glasröhrchenversuch
Zu Beginn der dritten Stunde der Unterrichtsreihe werden die Sicherheitsregeln
ausführlich wiederholt und auf deren Einhaltung geachtet. Dann werden sechs Gruppen für
die Durchführung der Schülerexperimente mit maximal fünf Kindern gebildet.
In dieser Stunde werden zwei Schülerversuche –der Streichholztest und der
Glasrörchenversuch- durchgeführt, die beide das gleiche Ergebnis, nämlich eine
erweiterte Kenntnis über die Verbrennung von Kerzen, erzielen sollen. Die einzelnen Aufgaben
für die Schülerexperimente werden innerhalb der Gruppe verteilt und das Ergebnis dieser
beiden Versuche anschließend für das Chemiebuch in Wort und Bild festgehalten.
3.1.1 Sachinformationen zur Verbrennung von Kerzen
Eine Kerze besteht aus einem Docht und dem Kerzenwachs. Das Kerzenwachs enthält die
beiden Elemente Wasserstoff und Kohlenstoff. Diese beiden Stoffe sind miteinander eine Verbindung
eingegangen, die völlig andere Eigenschaften aufweist als die Ausgangselemente. Diese
Verbindung ist bei der Kerze meist das Paraffin oder Stearin.
Wird das Stearin erhitzt, so wechselt es von seinem festen Zustand erst in einen
flüssigen und dann in einen gasförmigen Zustand. Dieser Wachsdampf verflüchtigt
sich und kann auch ohne einen Docht entzündet werden, so lange er konzentriert genug ist.
Das heißt, feste Stoffe wechseln an ihrer Oberfläche erst in einen flüssigen,
dann in einen gasförmigen Zustand, bevor sie unter Zufuhr von Sauerstoff verbrennen.
(Vergleiche PRESS 1983, 19.)
Dies soll in der folgenden Unterrichtsstunde in zwei Schülerexperimenten untersucht
werden. Bei dem Streichholztest ebenso wie bei dem Glasröhrchenversuch wird der entstandene
Wachsdampf entzündet und verbrennt unabhängig von Docht und Wachs.
3.1.2 Lernziel des Streichholztestes und des Glasröhrchenversuches
Die Schüler sollen durch die Versuche mit der Kerze zu einer differenzierteren
Auffassung gelangen, wie der Brennvorgang bei einer Kerze abläuft. Das Lernziel ist die
Erkenntnis, dass bei der Kerze der Wachsdampf brennt. Dies soll selbständig innerhalb
der Schülerexperimente entdeckt werden.
3.1.3 Lernvoraussetzungen für den Streichholztest und Glasröhrchenversuch
Kerzen sind bei fast allen Kindern ein fester Bestandteil ihres Alltagslebens, insbesondere
zur Weihnachtszeit. Feuer ist ein faszinierendes Element und damit für Kinder besonders
reizvoll. (Vgl. KAISER 1996b, 31.)
Da das Spiel mit dem Feuer Kindern häufig verboten wird, sind Vorkenntnisse meist
sekundär, d.h. ausschließlich aus dem Beobachtungsfeld vorhanden.
Viele Kinder einer ersten Klasse haben aufgrund dieses Feuerverbotes keine Vorerfahrungen im
Umgang mit einem Streichholz. Innerhalb der Schülerexperimente bietet sich die
Möglichkeit, von anderen zu lernen und durch Eigentätigkeit Kompetenz auf diesem
Gebiet zu erlangen.
Rein visuell kann der Schüler nur das Brennen des Dochtes bei einer Kerze feststellen.
Durch die zwei folgenden Schülerexperimente können die Schüler jedoch
eigentätig erfahren, dass die Flamme einer Kerze auch ohne Docht entstehen kann.
3.1.4 Materialliste für die beiden Kerzenversuche
Pro Gruppe benötigt man
3.1.5 Didaktischer Kommentar zum Streichholztest und Glasröhrchenversuch
Das Element Feuer löst eine subjektive Faszination beim Menschen aus. Neben dieser
Faszination hat das Feuer ebenfalls eine grundlegende, gesellschaftliche Bedeutung als
Energieträger. In der Geschichte der Menschheit trug das Feuer eine essentielle Rolle
für den Wärmeschutz und die Nahrungszubereitung und hat in der kulturellen Tradition
einen bedeutenden Stellenwert.
So ist z. B. das Anzünden von Kerzen in der Weihnachtszeit oder das Abbrennen eines
Feuerwerkes zu Silvester traditionell verankert. Eine Verbindung zwischen diesen mythischen
Bedeutungsgeschichten und der Erkenntnis naturwissenschaftlicher Vorgänge kann mit der
Thematik "Feuer" hergestellt werden.
Die Durchführung von Schülerexperimenten mit einer Kerze sind besonders in und
nach der Weihnachtszeit sinnvoll. Die Behandlung mit den chemischen Phänomenen der Kerze
schließt dann unmittelbar an den Erfahrungsbereich der Kinder an, da in der Weihnachtszeit
verstärkt Erlebnisse mit der Kerze bzw. dem Feuer gemacht werden.
Wegen seiner unmittelbaren Wirkung und Veränderlichkeit ist Feuer auch ein sinnliches
Element der Umwandlung von Naturphänomenen und –prozessen. (Vgl. KAISER 1996b, 31.)
Das Befassen mit dem Feuer im Unterricht kann auch dazu genutzt werden, die Thematik in die
Sicherheitserziehung mit einfließen zu lassen, wie es bereits in der ersten Doppelstunde
durch die Erstellung eines Sicherheitsplakates erfolgt ist.
Das Fazit für die Thematisierung im Unterricht zeigt, dass das Element Feuer
große Neugierde bei Kindern weckt und viele Fragen aufwirft.
3.1.6 Methodische Überlegungen zum Streichholztest und Glasröhrchenversuch
Um die Eigenschaften der Kerzenverbrennung unmittelbar zu erschließen, stellt die
Methode des Schülerexperimentes in Form von Gruppenarbeit die geeignetste Methode dar.
Die gerechte Aufteilung der Aufgaben des Versuches innerhalb der Gruppe impliziert
Interaktion und Kommunikation der Schüler, so dass die Dimension des sozialen
Lernens Berücksichtigung findet.
Die Sozialform der Partner- bzw. Gruppenarbeit stellt allgemein die geeignetste Form für
Schülerexperimente dar, denn durch sie kann der zwischenmenschliche Umgang bewusst
ermöglicht werden. (Vergleiche Kapitel II: 3. Ansprüche und
Forderung des Lehrplans Nordrhein-Westfalens an den Sachunterricht.)
Für die soziale Entwicklung der Schüler ist soziales Handeln
in der Schule von großer Bedeutung, um die gegenwärtige starke Reduktion im
außerschulischen Bereich auszugleichen.
In der Methode des Experimentierens können die Kinder eigentätig und entdeckend
Erfahrungen sammeln. Das Beobachten und Experimentieren, die ursprünglichsten Formen, sich
die Lebenswirklichkeit zu erschließen, setzten direkt an den Erfahrungs- und
Tätigkeitsbereich der Kinder an.
Ein besonders wichtiges Argument für die Methode der Schülerexperimente zur
Schaffung eigentätiger Handlungsfelder bildet der Hintergrund der heutigen
Kindheitsbedingungen. In der Lebenswelt der Kinder heute führt die Vermittlung der
Wirklichkeit durch Medien zu weniger unmittelbaren Erfahrungen. Dieser Entwicklung kann
mit der Durchführung von Experimenten in der Schule entgegengewirkt werden. Laut
Lehrplan ist es Aufgabe der Grundschule, sich verstärkt darum zu bemühen,
vielfältige Möglichkeiten zu Eigentätigkeit und zwischenmenschlichem Umgang
zu schaffen. (Vgl. LEHRPLAN 1985, 9.)
3.1.7 Mögliche Probleme und Schwierigkeiten der beiden Versuche
Das Scheitern noch so sorgfältig vorbereiteter Experimente kann nicht vollständig
ausgeschlossen werden. So herrschen in einem mit 27 Kindern gefüllten Klassenraum andere
Bedingungen als im Labor bzw. Vorbereitungsraum zu Hause.
Diese nicht kalkulierbare, veränderte Situation wird in der Durchführung des
Streichholztestes deutlich. Durch die große Anzahl der Menschen in dem Klassenzimmer
entsteht aufgrund der Atmung und der Gespräche eine heftige Luftzirkulation. Diese verteilt
den beim Ausblasen der Kerze entstehenden Rauch zu schnell im Raum. Dadurch kühlt dann der
aufsteigende Wachsdampf ab und ist somit nicht mehr entzündbar.
Bei einer optimalen Experimentalsituation wird die Kerze mit Hilfe eines Teelöffels
erstickt. Die strikte Einhaltung des Redeverbots ermöglicht dann die Entzündung der
Kerze über den in einer dünnen Rauchschwade aufsteigenden Wachsdampf.
Für den Glasröhrchenversuch sollten Durchmesser und Länge des
Glasröhrchens so gewählt werden, dass der darin aufsteigende Wachsdampf nicht
wieder abkühlt und somit eine Entzündung nicht erfolgen kann.
3.1.8 Durchführung des Streichholztestes und des Glasröhrchenversuches im
Unterricht
Bevor mit dem ersten Versuch über die Verbrennung von Kerzen begonnen wird, werden
Vermutungen zusammengetragen, was bei der Kerze eigentlich genau brennt. Einige Schüler
sind der Auffassung, dass der Docht brennt, andere hingegen sind der Meinung, dass
bei der Kerze der Wachs brennt.
Um diesen Überlegungen nachzugehen und eine Lösung zu finden, werden zwei
verschiedene Schülerexperimente in Gruppenarbeit zu diesem Thema durchgeführt.
1. Versuchsaufbau des Streichholztestes:
Erst wenn in jeder Gruppe die Verteilung der durchzuführenden Aufgaben beendet ist und
die Sicherheitsvorkehrungen für alle verständlich sind, können die Materialien
für das erste Schülerexperiment vergeben werden.
Für den folgenden Versuch erhält jede Tischgruppe eine Kerze mit Untersetzer, eine
Streichholzschachtel und einen Löffel.
Versuchsverlauf des Streichholztestes:
Die erste Aufgabe eines Schülers ist es nun, die Kerze mit einem Streichholz zu
entzünden. Nachdem die Kerze eine Weile gebrannt hat, löscht ein zweiter Schüler
diese mit dem Löffel. Nachdem der Löffel weggezogen ist, steigt ein weißer Rauch
in einer dünnen Rauchschwade auf.
Während des Löschvorganges hält ein drittes Kind ein brennendes Streichholz
bereit, um es anschließend direkt in den aufsteigenden Rauch zu halten. Die Kerze wird
über den Wachsdampf neu entzündet, obwohl das Streichholz den Docht nicht berührt.
Dieser Versuch wird mehrfach wiederholt.
Beobachtungen des Streichholztestes:
Bei genauem Hinsehen fällt den Schülern auf, dass, sobald ein brennendes
Streichholz in den Rauch gehalten wird, eine Stichflamme entsteht, die auf den Docht
herabschießt. Diese Stichflamme entzündet die Kerze erneut.
Nach dem ersten Experiment werden im Klassengespräch die Versuchserfahrungen der
verschiedenen Gruppen ausgetauscht. In jeder Gruppe ist der Versuch mehrfach gelungen. Das
Staunen über die unerwartete Wiederentzündung der Kerze ist groß.
Um die selbständige Erklärung dieses Phänomens für die Schüler zu
erleichtern, wird zusätzlich ein weiterer Versuch –der Glasröhrchenversuch– zur
Verbrennung der Kerze durchgeführt.
2. Versuchsaufbau des Glasröhrchenversuches:
Nachdem auch die Tätigkeitsaufgaben für den Glasröhrchenversuch erläutert
und innerhalb der Gruppe verteilt sind, können die neuen Materialien ausgehändigt
werden.
Jede Gruppe erhält für das zweite Experiment neben der Kerze und den
Streichhölzern zusätzlich einen dünnen, langen Holzstab und ein Glasröhrchen
in einem Reagenzglashalter.
Zu besonderer Vorsicht sollten die Schüler im Umgang mit dem Glasröhrchen
angehalten werden, da es während des Versuchsverlaufs sehr heiß wird. Um Verbrennungen
zu vermeiden, befindet sich das Glasröhrchen in einem Halter. Dieser darf
ausschließlich an seinem Griff angefasst werden.
Versuchsverlauf des Glasröhrchenversuches:
Zuerst zündet ein Schüler wie im ersten Experiment die Kerze mit einem Streichholz an.
Auch für diesen Versuch sollte die Kerze zur Wachsdampfbildung zunächst eine Zeitlang
brennen, bis mit dem Experimentieren fortgefahren werden kann.
Schließlich entzündet ein zweiter Schüler das dünne Holzstäbchen
an der Kerzenflamme. Zu diesem Zweck wird ein langer Holzstab verwandt, um durch die längere
Brenndauer genügend Zeit für den weiteren Versuchsablauf zu gewährleisten.
Ein dritter Schüler hält dann das Glasröhrchen mit Hilfe des Reagenzglashalters
tief in die Flamme der Kerze. Deutlich erkennbar zieht ein weißer Dampf durch das
Röhrchen und steigt an dessen Ende in einer dünnen Rauchschwade auf.
Aufgabe des zweiten Schülers ist es nun, das brennende Holzstäbchen an das Ende des
Röhrchens zu halten.
Beobachtungen des Glasröhrchenversuches:
Zum Erstaunen der Schüler entsteht am Ende des Röhrchens eine neue, kleine Flamme,
die auch nach der Wegnahme des Holzstabes nicht wieder erlischt. Erst als der dritte Schüler
das Glasrohr aus der Kerzenflamme nimmt, erlischt die zweite Flamme.
Nach mehrmaligen Wiederholungen des Versuches werden die Erfahrungsberichte in der Klasse
zusammengetragen.
Deutungen der beiden Versuche:
Die zu Beginn der Unterrichtsstunde geäußerten Vermutungen, dass der Docht
oder das Wachs bei der Kerze brennt, werden jetzt durch die vorangegangenen Versuche revidiert.
Explizit hierfür steht besonders die Beobachtung des Glasröhrchenversuches. Obwohl
bei diesem Experiment am Ende des Glasröhrchens kein Docht und auch kein Wachs vorhanden
ist, entsteht dort dennoch eine Flamme.
Die Beobachtung des Streicholztestes ergibt die gleiche Deutung. So kann auch bei diesem Test
die Kerze wieder entzündet werden, obwohl kein Wachs und kein Docht von der Streichholzflamme
berührt werden.
In beiden Experimenten entsteht die Flamme durch die Entzündung des weißen,
aufsteigenden Rauches. Dieser Rauch ist der Wachsdampf der Kerze.
Als Ergebnis der beiden Versuche wird festgehalten: "Bei der Kerze brennt der Wachsdampf."
Dieser Satz wird am Ende der Stunde auf der zweiten Seite des Chemiebuches schriftlich
niedergelegt. Eine Zeichnung hält den Versuch ebenfalls bildlich fest. (Zweite Seite des Chemiebuches
siehe Anhang.)
3.1.9 Reflexion der beiden Schülerexperimente
Die hohe Motivation der Schüler, handelnd tätig werden zu wollen, zeigt sich
bereits bei der Verteilung der Versuchsaufgaben untereinander. Jeder möchte eine oder
mehrere Aufgaben übernehmen.
Die Begeisterung, fachmännisch mit Feuer umgehen zu dürfen, ist groß, da zu
Hause meist ein Verbot die unmittelbare Begegnung mit dem Feuer ausschließt. Um dem Verbot
in der Schule nicht den Gehalt zu nehmen, bedarf es genauer Ausführungen und Erklärungen.
Den Kindern sollte transparent gemacht werden, dass die Versuche nur unter bestimmten
Sicherheitsregeln stattfinden dürfen. Das heißt, ohne Erlaubnis und Beisein von
verantwortungsvollen Erwachsenen ist das Experimentieren mit Feuer verboten.
Einigen Schülern bereitet die Vorstellung, mit dem Streichholz zu hantieren, allerdings
Angst. Da aber die Experimente in Gruppenform durchgeführt werden, können Aufgaben, die
Ängste bei jemandem verursachen, von anderen übernommen werden.
Das Beobachten Gleichaltriger im Umgang mit diesen Tätigkeiten kann dann vielleicht zu
einer Überwindung der Angst führen. Durch das eigentätige Ausprobieren können
die Schüler sogar eine Erweiterung ihrer Kompetenz auf diesem Gebiet entwickeln.
Der Überraschungsmoment, den die Versuche am Ende der Durchführung in sich bergen,
wird fasziniert aufgegriffen und zentriert die Beobachtung auf die Deutung der Versuche.
Erstaunlicherweise entzündet sich die Kerze in dem ersten Versuch dennoch, obwohl das
Streichholz den Docht nicht berührt. Der Kommentar eines Schülers dazu lautet:
"Das ist ein cooler Trick."
In dem Glasröhrchenversuch entsteht zum Entzücken der Schüler eine
"Babyflamme" am Ende des Röhrchens. Damit hatte keiner gerechnet.
Nachdem alle anfänglichen Vermutungen, was bei der Kerze brennen könnte, durch
die Ergebnisse der Versuche und die Logik ausgeschlossen sind, ist die Erkenntnis, dass der
Wachsdampf bei der Kerze brennt, fast jedem Schüler einleuchtend.
3.2 Der Teelichterversuch
Den Inhalt der vierten Stunde der Unterrichtsreihe bildet ein neuer Schülerversuch mit
Teelichtern zur weiteren Erforschung der Eigenschaften einer Kerze.
Zu Beginn der vierten Stunde wird vorweg noch einmal auf die Ergebnisse der beiden
Schülerexperimente aus der vorherigen Stunde eingegangen.
Bevor dann die Versuchsdurchführung des neuen Experimentes in den Gruppen beginnen kann,
müssen die Sicherheitsregeln wiederholt und die Einhaltung dieser überprüft werden.
Danach erfolgen genaue Anweisungen für den Schülerversuch sowie die Verteilung der
Aufgaben innerhalb der Gruppen. Da das genaue Befolgen der Anweisungen für das Gelingen
dieses Schülerexperimentes von besonderer Bedeutung ist, muss hierauf besonders
hingewiesen werden.
Nach Vergabe der Materialien können die Schüler mit der Durchführung des
Experimentes beginnen. Bei diesem Versuch wird das Verhalten brennender Kerzen, die unter
Gläsern verschiedener Größe stehen, erforscht.
Das Ergebnis wird am Schluss der Stunde als dritte Seite des Chemiebuches in Form einer
Zeichnung und eines Ergebnissatzes festgehalten.
3.2.1 Sachinformationen zum Teelichter-Versuch
Das Feuer benötigt für seine Verbrennung Sauerstoff. Im Kerzenwachs befinden sich
- wie bereits erwähnt - die Elemente Wasserstoff und Kohlenstoff in einer Verbindung, die
sich Stearin oder Paraffin nennt. Bei der Verbrennung wird diese Verbindung dann aufgespalten,
indem sowohl der Wasserstoff als auch der Kohlenstoff der Kerze mit dem Sauerstoff aus der Luft
reagieren. Wasserstoff verbrennt dabei zu Wasser und der Kohlenstoff zu dem Gas Kohlendioxid.
Damit eine genaue Erforschung dieser Tatsache möglich ist, sind folgende
Sachinformationen wichtig:
Für den Teelichterversuch werden drei Kerzen gleicher Größe und gleichen
Durchmessers benötigt. Am besten eignen sich daher ungebrauchte Teelichter. Wichtig ist nun,
dass alle drei Teelichter möglichst gleichzeitig angezündet werden, um ein
einheitliches Volumen der Teelichter zu sichern. Danach werden drei unterschiedlich große
Bechergläser über jeweils ein Teelicht gestülpt. Dieser Vorgang muss
ebenfalls gleichzeitig stattfinden.
Das Teelicht unter dem kleinsten Becherglas erlischt als erstes, dann folgt das Teelicht
unter dem mittleren, und zuletzt verschwindet die Flamme unter dem größten Becherglas.
Ist der gesamte Sauerstoff unter den Bechergläsern eine Verbindung eingegangen (ist er
also verbraucht), erstickt die Flamme, da kein Sauerstoff mehr für die weitere Verbrennung
vorhanden ist.
Unter dem großen Becherglas befindet sich mehr Sauerstoff als unter den kleineren,
deshalb brennt hier das Teelicht am längsten.
3.2.2 Lernziel des Teelichterversuches
Das Lernziel dieser Stunde ist die Deutung des Experimentes. Die Schüler sollen durch
selbsttätiges Erforschen und Nachdenken den Versuchsausgang erklären und zu der
Erkenntnis gelangen, dass eine Kerze (den Sauerstoff aus der) Luft zum Brennen braucht.
3.2.3 Lernvoraussetzungen für den Teelichterversuch
Da das Feuer auf veränderte Bedingungen seiner Umgebung reagiert, weckt die Beobachtung
dieser Phänomene die Neugier der Kinder. Feuer ist ein Element, welches enorme
Umwandlungsprozesse in sich birgt. Es verändert seine Gestalt ständig. Inwiefern die
Umgebung bzw. die Schüler selbst das Verhalten des Feuers beeinflussen können, kann in
diesem Schülerexperiment erforscht werden.
Eine Voraussetzung für die Deutung stellt in diesem Versuch die Verbindung der eigenen
Lebenswelt der Kinder mit dem Versuchsergebnis dar.
Da die Menschen Luft zum Atmen bzw. zum Überleben benötigen, kann dieses Vorwissen
mit dem Kerzenversuch verknüpft werden, denn ohne den Sauerstoff aus der Luft kann auch eine
Kerze nicht "überleben". Sie erstickt, wie es den Menschen in einem luftleeren Raum
ebenfalls ergehen würde.
Die Schüler müssen folglich die Luft, obwohl sie nicht sinnlich erfassbar ist,
als Element wahrnehmen, um den Transfer für die Deutung des Teelichterversuches leisten zu
können.
3.2.4 Materialliste für den Teelichterversuch
pro Gruppe:
3.2.5 Didaktischer Kommentar zum Teelichterversuch
Die didaktische Begründung für das Schülerexperiment dieser Stunde zum Thema
Feuer schließt sich an die bereits im didaktischen Kommentar der vorherigen Stunde
erwähnten Aussagen an.
Mit der Deutung, die dieses Schülerexperiment beinhaltet, lässt sich eine
Verbindung zu der Lebenswirklichkeit der Kinder herstellen. Der Teelichterversuch zeigt,
dass die Kerzenflamme Luft bzw. Sauerstoff zum Brennen benötigt, aber auch die
Schüler selbst brauchen die Luft zum Atmen und Überleben. Obwohl das Phänomen
Luft nicht direkt sinnlich erfassbar ist, hat es weitreichenden Einfluss auf seine
Umgebung. Da das Element Luft weder zu sehen, zu riechen, zu schmecken, zu fühlen noch zu
hören ist, können Versuche, die die Auswirkungen der Luft zeigen, die Bedeutung und
das "Wahrnehmen" der Luft verstärken.
Die Erkenntnis, dass bei begrenzter Luftration ein Feuer erstickt, sobald diese
verbraucht ist, eröffnet die Möglichkeit eines Verweises auf die Sicherheitserziehung
oder ein späteres Aufgreifen bei der Behandlung verschiedener Löscharten von
Bränden. (Neben der herkömmlichen Löschart mit Wasser ist bei einigen Bränden eine andere
Löschart erforderlich, z. B. das Löschen durch Ersticken.)
Es zeigt sich, dass das Element Feuer viele Ansätze bietet,
fächerübergreifend und handlungsorientiert tätig zu werden. Innerhalb eines
Spiralcurriculums können die Schüler somit im Laufe ihrer Schulphase zu immer
differenzierteren Erkenntnissen über das Feuer und den Umgang mit dem Feuer gelangen.
3.2.6 Methodische Überlegungen zum Teelichterversuch
Die allgemeinen Aussagen über die Methodik der Schülerexperimente gelten ebenso
für die methodischen Überlegungen dieser Stunde.
Der einzige Unterschied der Methode dieses Schülerexperimentes zu den vorherigen ist der,
dass die Durchführung eine festere bzw. geschlossenere Form hat.
Damit bei dem Teelichterversuch das Ergebnis nicht verfälscht wird und eine richtige
Deutung möglich ist, ist die zeitliche Einhaltung der Anweisungen besonders wichtig. Dies
grenzt den selbständigen Handlungsspielraum der Schüler ein.
Somit erhält die Teamarbeit der Schüler zur Durchführung des
Teelichterversuches -bezogen auf die zeitliche Einhaltung der Absprachen– eine besondere
Relevanz. Nur wenn die Absprachen stimmen und in jeder Gruppe alles gleichzeitig ausgeführt
wird, lässt das Ergebnis des Experimentes eine richtige Deutung zu.
3.2.7 Mögliche Probleme und Schwierigkeiten des Teelichterversuches
Wie oben beschrieben, bedarf es einer genauen Einhaltung der Anweisungen. So können
Schwierigkeiten in der Durchführung des Experimentes entstehen, wenn die Schüler nicht
genügend Disziplin zeigen und sich nicht an die Anweisungen halten.
Diese Schwierigkeit kann durch die reifliche Vorbereitung der Lehrperson schon im Vorfeld
umgangen werden. Wenn sich die Lehrkraft vorher sorgfältig überlegt, welchen Inhalt
die Anweisungen vorweisen müssen und wie eine gemeinsame Durchführung möglich ist,
kann das Befolgen der Anweisungen für die Schüler erleichtert werden.
Das Verhalten der Schüler und deren Umsetzung der Aufträge spielt für das
Gelingen des Versuches eine entscheidende Rolle.
In der korrekten Befolgung der Anleitungen ergeben sich Wartezeiten für die Schüler.
Wird den Schülern jedoch transparent gemacht, dass ein genaues Arbeiten in diesem
Experiment von großer Wichtigkeit ist, kann ein ungeduldiges oder störendes Verhalten
größtenteils ausgeschlossen werden. Sie werden ernst genommen; sie sind jetzt die
"Chemiker", und ihr Verhalten bestimmt das Gelingen der Versuchsdurchführung.
3.2.8 Durchführung des Teelichterversuches im Unterricht
Damit die ersten beiden Schülerexperimente über den Streichholztest und den
Glasröhrchenversuch nicht in Vergessenheit geraten, werden die Ergebnisse aus der letzten
Stunde wiederholt. Die Versuchsdurchführungen und deren Resultate werden genau beschrieben.
Ohne Schwierigkeiten können sich fast alle Schüler an das Ergebnis erinnern, welches
lautet: Bei der Kerze brennt der Wachsdampf. Wie dieses Ergebnis entstanden ist, wird noch einmal
gemeinsam entwickelt.
Bevor der neue Teelichterversuch beginnen kann, müssen die Sicherheitsregeln auf ihre
Einhaltung hin überprüft werden. Erst dann kann der erste Teil der Materialien verteilt
werden.
Versuchsaufbau des Teelichterversuches:
Jede Gruppe erhält eine Kerze mit Untersetzer und eine Streichholzschachtel. Nachdem die
Kerze angezündet ist, erhalten die Gruppen drei Holzstäbe und drei ungebrauchte
Teelichter.
Es sollen sich drei Kinder aus jeder Gruppe finden, die jeweils einen Holzstab an der Kerze
entzünden. Wenn alle Holzstäbe brennen, zünden die drei Kinder der Gruppe die drei
Teelichter auf ein gemeinsames Kommando hin an. Die Holzstäbe werden nun gelöscht und
zusammen mit den Streichholzschachteln wieder eingesammelt, damit ein weiteres Herumspielen mit
diesen Materialien ausgeschlossen ist.
Bei jeder Tischgruppe sollen nun eine Kerze und drei Teelichter brennen.
Bevor dann die Bechergläser für die Fortsetzung des Versuches verteilt werden,
stellen die Schüler Vermutungen an, was passieren könnte, wenn ein Glas über ein
Teelicht gestellt wird.
Die Aussagen der Schüler beinhalten die Schlussfolgerung, dass die Flamme des
Teelichts unter dem Becherglas ausgehen würde, weil "da nicht soviel Luft ist".
Für die Fortsetzung des Experimentes erhält jede Gruppe drei unterschiedlich große Bechergläser. Ein Becherglas ist sehr klein und paßt gerade über das Teelicht, das zweite ist ein etwas größeres Becherglas und das drittte ist das größte der drei Gläser.
Versuchsverlauf des Teelichterversuches:
Jede Gruppe einigt sich auf drei weitere Kinder, die jeweils ein Becherglas in die Hand
nehmen. Ein Kind hält das kleine, ein weiteres das mittlere und das letzte Kind hält
das große Becherglas bereit. Auf ein Kommando stellen diese drei Schüler je Gruppe
dann die Bechergläser über die drei brennenden Teelichter.
Das Befolgen des Kommandos ist für das Ergebnis des Versuches sehr wichtig, denn
für die Entwicklung der Deutung sollen alle Schüler wissen, dass über
jedes Teelicht gleichzeitig ein Becherglas gestellt wird.
Beobachtungen des Teelichterversuches:
Obwohl über jedes der drei Teelichter zur selben Zeit ein Becherglas gestülpt wird,
erlischt die Flamme des Teelichtes unter dem kleinsten Becherglas früher als die Flamme des
zweiten Teelichtes unter dem mittleren Becherglas. Als letztes geht die Flamme des Teelichtes
unter dem großen Becherglas aus.
Die genauen Beobachtungen der Schüler beschreiben sogar die Tatsache, dass die
Flamme bei jedem Teelicht immer kleiner wird, bevor sie endgültig erlischt.
Deutung des Teelichterversuches:
Die vor Versuchsbeginn geäußerte Vermutung, dass eine brennende Kerze unter
einem Glas erstickt, wird durch dieses Ergebnis bestätigt. Die Flammen der Teelichter sind
unter den Bechergläsern tatsächlich erloschen.
Da die Flammen in einer bestimmten Reihenfolge ausgegangen sind, fällt die Deutung des
Experimentes den meisten Schülern nicht schwer. Unter dem kleinsten Becherglas ist weniger
Luft als unter den anderen beiden, deshalb erlischt hier die Flamme als erstes. Demzufolge
braucht die Flamme Luft, damit sie brennen kann.
Eine Schülerin beschreibt ihre Erkenntnis sogar mit dem Gebrauch des Wortes
"Sauerstoff". Und auf die Nachfrage der Lehrperson scheint fast jedem Schüler
die Tatsache geläufig, dass die Luft Sauerstoff enthält.
An dieser Stelle ziehen die Schüler den Vergleich zu den Menschen. Auch sie brauchen
den Sauerstoff der Luft zum Überleben und würden ohne ihn ersticken.
Das Vorhandensein von Luft scheint für das Entstehen und Erhalten eines Feuer zwingend
erforderlich zu sein. An dieser Stelle zeigt sich ebenfalls eine Möglichkeit des
Feuerlöschens, indem dem Feuer die Luft entzogen wird.
Um diese wichtige Erkenntnis festzuhalten, werden der Versuch und das Ergebnis auf der
dritten Seite des Chemiebuches festgehalten. Unter der Zeichnung steht dann: Eine Kerze braucht
Luft bzw. Sauerstoff zum Brennen. (Chemiebuchseiten siehe Anhang.)
3.2.8 Reflexion über den Teelichterversuch
In dem Wiederholungsgespräch zu Beginn der Stunde über die vorherig
durchgeführten Schülerversuche zeigt sich, dass einige der Kinder zu Hause
die Experimente nachgemacht und ihren Familien vorgeführt haben. Dies deutet auf eine
hohe Interessensentwicklung einiger Kinder gegenüber chemischen Phänomenen hin.
Daraus resultiert dann ebenfalls ein großes Erinnerungsvermögen, welches eine
genaue Beschreibung und Deutung der Versuche auch nach den Ferien noch ermöglicht.
Nach den Anweisungen für das Schülerexperiment dieser Stunde werden zuerst
Vermutungen der Schüler über den Versuchsausgang geäußert. Erstaunlich
ist dabei, wie treffend ihre Vermutungen sind.
Obwohl die Schüler schon vor dem Versuch Vorstellungen darüber besitzen, was eine
Kerze zum Brennen benötigt, ist keiner der Schüler demotiviert, es in dem Versuch zu
erforschen. Das Gegenteil ist der Fall. Sie sind äußerst konzentriert bei der Sache
und sehr erfreut, z.T. sogar erstaunt über das Ergebnis. Vielleicht sind sie sogar stolz
darüber, dass ihre Prophezeihungen in Erfüllung gegangen sind.
Die genaue Befolgung der Konstruktionsanweisungen hat keiner Gruppe Schwierigkeiten bereitet.
Da im Vorfeld die Bedeutung der Anweisungen für das Schülerexperiment den Kindern
transparent gemacht wird, fühlen sie sich in ihrer Forschertätigkeit ernst genommen.
Besonders überraschend in der Ergebnisentwicklung ist die Tatsache, dass die
Schüler einer ersten Klasse im Umgang mit chemischen Fachwörtern, wie in diesem
Beispiel mit dem Wort "Sauerstoff", vertraut sind. Hieraus lässt sich
ein vor- oder außerschulisches Interesse der Kinder an chemischen Inhalten vermuten.
Zumindest in dieser ersten Klasse scheint das Interesse an der Chemie geweckt bzw.
fortgesetzt zu sein. Die Untersuchung weiterer chemischer Phänomene aus der Lebenswelt der
Schüler kann motiviert ihren Anschluss finden.