2. Der Unterricht im Fach Chemie in der Sekundarstufe I des Gymnasiums

Der Chemieunterricht setzt im Gymnasium in der Regel in der Jahrgangsstufe 7 ein und wird dann durchgängig erteilt. Dabei kann auf diejenigen Kompetenzen zurückgegriffen werden, die bereits im Sachunterricht der Grundschule erworben wurden. Die Jahrgangsstufen 5 – 9 des Gymnasiums bereiten auf die Anforderungen der gymnasialen Oberstufe vor.

Zunehmend werden im Laufe des Unterrichts der Erwerb einer exakten Fachsprache, die Fähigkeit zur differenzierten Modellbildung und zur Abstraktion sowie die Einbeziehung quantitativer Aspekte bedeutsam.
Am Ende der Sekundarstufe I ist damit eine Grundlage für den Übergang in die gymnasiale Oberstufe sichergestellt, so dass Problemstellungen mit hohem Komplexitäts- und Vernetzungsgrad fachlich sachgerecht bearbeitet werden können.

Wird Chemieunterricht bereits in Klasse 6 erteilt, muss die Fachkonferenz festlegen, welche Kompetenzen der Eingangsstufe am Ende der Erprobungsstufe erreicht werden sollen.

Die in Kapitel 1 beschriebenen Aufgaben und Ziele des Unterrichts in naturwissenschaftlichen Fächern in der Sekundarstufe I erfordern eine Unterrichtsgestaltung, die einen starken Akzent auf Verstehen und Anwenden legt. Der kumulative Aufbau komplexen Fachwissens erfolgt – den KMK-Bildungsstandards folgend – in strukturierten Basiskonzepten.
In allen drei Fächern wird darüber hinaus die Bedeutung einer nachhaltigen Entwicklung vermittelt. Gesundheits- und Verkehrserziehung, Medienbildung sowie die Förderung der deutschen Sprache werden ebenfalls einbezogen. (APO-SI § 6 (6) „Förderung in der deutschen Sprache als Aufgabe des Unterrichts in allen Fächern“)

Im Rahmen des bilingualen Angebots wird in den Fächern der Naturwissenschaften zusätzlich schrittweise auf fachsprachliches und fachmethodisches Arbeiten in der Fremdsprache hingeführt.

Der Fachlehrplan Chemie soll auch einen Beitrag zur Berufsorientierung (Richtlinien zur Berufsorientierung BASS 12-21 Nr.1 1.3.1) leisten. Schülerinnen und Schüler sollen Berufsfelder kennen und darstellen lernen, in denen chemische Kenntnisse bedeutsam sind. An geeigneten Stellen werden auch technische Sachverhalte einbezogen.

Systematischer Wissensaufbau mit Hilfe von Basiskonzepten

Basiskonzepte sind grundlegende, für den Unterricht eingegrenzte und für Schülerinnen und Schüler nachvollziehbare Ausschnitte fachlicher Konzepte und Leitideen. Sie stellen elementare Prozesse, Gesetzmäßigkeiten und Theorien der naturwissenschaftlichen Fächer strukturiert und vernetzt dar. Sie beinhalten zentrale, aufeinander bezogene naturwissenschaftliche Begriffe, erklärende Modellvorstellungen und Theorien, die sich in dem jeweiligen Fach zur Beschreibung elementarer Phänomene und Prozesse als relevant herausgebildet haben. Dabei erheben sie nicht den Anspruch, jeweils das gesamte Fach vollständig abzubilden. Die drei für den Chemieunterricht der Sekundarstufe I bedeutsamen Basiskonzepte „Chemische Reaktion“, „Struktur der Materie“ und „Energie“ werden in Kapitel 3.2. näher erläutert.

Die besondere Bedeutung der Basiskonzepte für das Lernen besteht darin, dass mit ihrer Hilfe schulische Inhalte der einzelnen naturwissenschaftlichen Fächer sinnvoll strukturiert werden und die fachlichen Beziehungen durch den Konzeptgedanken über die gesamte Lernzeit miteinander verbunden werden können. Basiskonzepte bilden als strukturierte Wissensbestände den Rahmen, in dem neue Erfahrungen mit schon erworbenen Kenntnissen verbunden werden. Sie erleichtern so den kontinuierlichen Aufbau von fachlichen Kompetenzen im Sinne kumulativen Lernens und den Erwerb eines grundlegenden, vernetzten Wissens. Sie helfen, Vorgänge in Natur und Technik zu verstehen, bei neuen Phänomenen und Fragestellungen bekannte Zusammenhänge sowie Strukturen zu erkennen und zur Erklärung heranzuziehen. Sie werden Schritt für Schritt durch alle Jahrgangsstufen hindurch in unterschiedlichen Zusammenhängen erkenntniswirksam immer wieder aufgegriffen, thematisiert und weiter ausdifferenziert. Sie bilden die übergeordneten Strukturen im Entstehungsprozess eines vielseitig verknüpften Wissensnetzes. Fachinhalte können dabei aus unterschiedlichen Konzeptperspektiven betrachtet und aus der Sicht des jeweiligen Basiskonzepts strukturiert vernetzt werden.

Lernprozessorientiertes Lehren und handlungsorientiertes Lernen  

Eine grundlegende Erkenntnis der Lernforschung ist, dass Wissen am besten in geeigneten Zusammenhängen, also in Kontexten, erworben wird. Darunter sind fachbezogene Anwendungsbereiche zu verstehen. Derartig erworbenes Wissen ist leichter und nachhaltiger aktivierbar und lässt sich erfolgreicher in neuen Zusammenhängen anwenden. Dies wird durch Bezüge zwischen Lern- und Anwendungsbereichen begünstigt. Der Unterricht in den Fächern Chemie, Biologie und Physik wird daher in solchen Kontexten gestaltet. 

Auf diese Weise gelingt es, fachliches Wissen in für Schülerinnen und Schüler Sinn gebenden Zusammenhängen zu entwickeln. Dieses Wissen muss allerdings immer wieder aus den Erwerbskontexten herausgelöst und in die fachsystematischen Strukturen der Basiskonzepte integriert werden, um es anschlussfähig und verfügbar zu machen. So wird zum einen sichergestellt, dass die KMK-Bildungsstandards für den mittleren Schulabschluss erreicht werden, zum anderen wird aber auch ein tragfähiges Fundament für die gymnasiale Oberstufe gelegt.  

Ausgehend von Alltagserfahrungen, Vorstellungen und bereits erworbenen Kompetenzen der Schülerinnen und Schüler führt der Unterricht in den Fächern Chemie, Biologie und Physik in der Sekundarstufe I weiter an naturwissenschaftliche Konzepte, Sicht- und Arbeitsweisen heran. Vorstellungen bzw. Vorkenntnisse der Schülerinnen und Schüler werden behutsam in Richtung tragfähiger fachlicher Konzepte erweitert, umgeformt oder durch diese ersetzt.

Dabei soll die bei Schülerinnen und Schülern anzutreffende Freude am Entdecken und Lernen genutzt und weiter gefördert werden. Wird eigenes Erleben und Handeln durch systematisches, durch Modelle und Theorien gestütztes Fragen, Beobachten und Beschreiben geleitet, werden für Schülerinnen und Schüler in der Sekundarstufe I altersgemäß naturwissenschaftliche Zusammenhänge und Gesetzmäßigkeiten sichtbar sowie anschlussfähige und vernetzbare Konzepte entwickelt.

In diesen Zusammenhängen spielt die Nutzung neuer Medien eine wichtige Rolle. Sie werden bei der Planung, Durchführung und Auswertung von Experimenten, bei der Darstellung und der Simulation fachlicher Sachverhalte ebenso eingesetzt wie bei der Suche nach Informationen, der Präsentation und der Kommunikation von Überlegungen und Ergebnissen.

Darüber hinaus werden in fachlichen Zusammenhängen auch Kompetenzen entwickelt, die über das Fachliche hinaus von Bedeutung sind. Zu ihnen gehören z. B. die Lesekompetenz, die Fähigkeit zur Informationsbeschaffung, Kommunikations- und Teamfähigkeit sowie Fähigkeiten zu selbst bestimmtem Lernen und zur Reflexion der eigenen Tätigkeit.

Vernetzung der naturwissenschaftlichen Fächer und Öffnung für Technik

Der vorliegende Lehrplan bietet viele Möglichkeiten zur Einbindung technischer Sachverhalte.
Im Fach Chemie können durchgeführte Experimente im Labormaßstab Abläufe verdeutlichen, die in Industrieanlagen meist vollautomatisch gesteuert ablaufen. Dabei werden Produktions-, Verarbeitungs- und Veredelungsprozesse von Stoffen in den Blick genommen. Durch Betrachtungen der technischen Möglichkeiten beim Umgang mit unerwünschten Nebenprodukten bzw. Recyclingverfahren zur Rückgewinnung wertvoller Ausgangsmaterialien können an ausgewählten Beispielen Schwerpunkte im Sinne eines nachhaltigen Umgangs mit Ressourcen gesetzt werden. Unter demselben Aspekt sind Energie umwandelnde Abläufe und ihre technischen Steuerungsmöglichkeiten zunehmend bedeutsam.
Als konkrete Beispiele seien genannt:

  • Gewinnung und Rückgewinnung von Metallen, insbesondere Eisen und Stahl,
  • Großtechnische Herstellung von Kunststoffen,
  • Verarbeitungsprozesse von Lebensmitteln,
  • Treibstoffe für unterschiedliche Zwecke und Erdölraffination,
  • Batterien und Brennstoffzellen.

Überdies bieten sich Möglichkeiten, über Vorteile und Risiken der technischen Nutzung naturwissenschaftlicher Kenntnisse zu reflektieren. Darüber hinaus sollte an ausgewählten Beispielen aufgezeigt werden, dass fachliche Kompetenzen aus mehreren Fächern und eine interdisziplinäre Herangehensweise notwendig sind, um komplexere Fragestellungen zu lösen. Fachübergreifende Aspekte sollen überall, wo es sinnvoll ist, aufgegriffen und Vernetzungsmöglichkeiten aufgezeigt werden. Dabei muss darauf geachtet werden, dass Konzepte und Begriffe mit dem Anspruch auf Anschlussfähigkeit eingeführt und in ihren Definitionen und Tragweiten zwischen den Fächern abgestimmt werden.

Vernetzung mit Mathematik

Bereits im Anfangsunterricht der Jahrgangsstufe 7 sind vielfältige Anwendungen mathematisch erworbener Kenntnisse möglich und sinnvoll, so z. B. bei der Behandlung der Dichte und den proportionalen Zuordnungen im Zusammenhang mit den chemischen Grundgesetzen. Ebenso lassen sich Berechnungen zum Herstellen von Lösungen mit einem bestimmten Gehalt in Gramm (g) oder Milligramm (mg) pro Liter oder mit prozentualen Angaben einführen.
Nach Einführung der molaren Masse und der Avogadro-Zahl werden Größengleichungen genutzt, um an Anwendungsbeispielen stöchiometrische Berechnungen durchzuführen.
Das Anfertigen von Diagrammen mit geeigneter Achseneinteilung und die graphischen Darstellungen von Messreihen bzw. Interpretationen solcher Diagramme sind weitere Beispiele, in denen bewusst Kompetenzen, die im Mathematikunterricht erworben wurden, genutzt und angewendet werden.

Kompetenzerwerb im Chemieunterricht

Kompetenzen

Der Sachunterricht der Grundschule und der Unterricht in den Fächern Chemie, Biologie und Physik in der Sekundarstufe I ermöglichen den Erwerb von Kompetenzen, die insgesamt naturwissenschaftliche Grundbildung ausmachen. In den Bildungsstandards werden diese unterschieden in

  • konzeptbezogene Kompetenzen, die die Inhaltsdimension beschreiben, somit das Fachwissen festlegen und sich auf naturwissenschaftliche Basiskonzepte und mit ihnen verbundene Vorstellungen und Begriffe beziehen,
  • prozessbezogene Kompetenzen, die die Handlungsdimension beschreiben und sich auf naturwissenschaftliche Denk- und Arbeitsweisen beziehen.

Konzeptbezogene Kompetenzen umfassen das Verständnis und die Anwendung begründeter Prinzipien, Theorien, Begriffe und Erkenntnis leitender Ideen, mit denen Phänomene und Vorstellungen in dem jeweiligen Fach beschrieben, geordnet sowie Ergebnisse vorhergesagt und eingeschätzt werden können. Auf dieser Wissensbasis können die Schülerinnen und Schüler die natürliche bzw. die von Menschen veränderte Welt verstehen und Zusammenhänge erklären. Diese inhaltliche Dimension, in den Bildungsstandards als Fachwissen bezeichnet, wird durch fachliche Basiskonzepte als übergeordnete Strukturen systematisierten und strukturierten Fachwissens abgebildet. Erworbene fachliche Kompetenzen werden in Basiskonzepte eingebunden und so vernetzt gesichert.
Prozessbezogene Kompetenzen beschreiben die Handlungsfähigkeit der Schülerinnen und Schüler in Situationen, in denen die Nutzung naturwissenschaftlicher Denk- und Arbeitsweisen erforderlich ist. Den Bildungsstandards entsprechend sind sie durch die drei Bereiche Erkenntnisgewinnung, Bewertung und Kommunikation geordnet. Da sie zum großen Teil für die Fächer Chemie, Biologie und Physik gleich bedeutsam und ähnlich formuliert sind, sind hinsichtlich ihrer Vermittlung zwischen den Fachkonferenzen Absprachen zu treffen. Durch systematisches und reflektiertes Experimentieren, durch Nutzen chemischer Untersuchungsmethoden und Theorien, durch Auswerten und Bewerten und nicht zuletzt durch Präsentieren und Kommunizieren der Ergebnisse entwickeln Schülerinnen und Schüler prozessbezogene Kompetenzen. Konkrete, sich entwickelnde und zu beobachtende Kompetenzen verbinden Schüleraktivitäten mit fachlichen Inhalten, sie besitzen also stets eine Handlungs- und eine Inhaltsdimension.

Im Kapitel 3 werden die Kompetenzerwartungen für das Fach Chemie in der Sekundarstufe I benannt und beschrieben.

Der Unterricht in den Fächern Chemie, Biologie und Physik unterstützt gleichzeitig auch die Entwicklung personaler und sozialer Kompetenzen, die lebenslanges Lernen und gesellschaftliche Mitgestaltung ermöglichen. Schülerinnen und Schüler sollen deshalb im Unterricht insbesondere Verantwortung für das eigene Lernen übernehmen, bewusst Lernstrategien einsetzen und gemeinsam mit anderen chemische, biologische und physikalische Phänomene erkunden und Konzepte erarbeiten.

Inhaltsfelder bilden den obligatorischen thematischen Zusammenhang, in dem Schülerinnen und Schüler in problem- und handlungsorientiert gestaltetem Unterricht fachliche Kompetenzen entwickeln. In den Inhaltsfeldern werden relevante und damit obligatorisch zu behandelnde Schwerpunkte, Begriffe und Theorien des Faches Chemie aufgeführt. In welchem Ausprägungsgrad dies jeweils erfolgen soll, beschreiben die ihnen zugeordneten konzeptbezogenen Kompetenzen. Dabei kann ein und dieselbe konzeptbezogene Kompetenz durchaus verschiedenen Inhaltsfeldern zugeordnet werden, um durch Wiederholung und Vertiefung besser verankert und damit nutzbar zu werden.

Den Inhaltsfeldern sind fachliche Kontexte zugeordnet, die ebenfalls in einem größeren Zusammenhang stehen. Sie strukturieren und akzentuieren die Inhalte unter verschiedenen, sich ergänzenden Perspektiven auf Anwendungsbereiche und knüpfen an Erfahrungen und an das Vorwissen der Schülerinnen und Schüler an. Damit lenken sie in einer altersgemäßen Form den Blick auf bedeutsame Situationen und Fragestellungen, in denen chemische Sicht- und Arbeitsweisen zum Verständnis der Welt beitragen können. Sie schließen an geeigneten Stellen auch übergeordnete Aspekte wie Gesundheit, Nachhaltigkeit, Ressourcenschonung, Umweltschutz und ethische Fragen ein.
Auf diese Weise werden für Schülerinnen und Schüler relevante Perspektiven auf Sachverhalte und Anwendungsbereiche eröffnet, die auch über das Fach Chemie hinausweisen können. Die Verankerung des Gelernten in den fachsystematischen Strukturen der Basiskonzepte hilft dabei, bereits erworbene Kompetenzen aus anderen Fächern zu nutzen und thematisch an andere Fächer anzuschließen.

Im Kapitel 4 werden hierzu weitere Erläuterungen gegeben.