Mathematische Modellierung im Chemieunterricht der gymnasialen Oberstufe. Chemische Kinetik.

Autor/in	Kraska, Thomas
Titel	Mathematische Modellierung im Chemieunterricht der gymnasialen Oberstufe. Chemische Kinetik. Paralleltitel: Mathematical modelling in high school chemistry: Chemical kinetics.
Quelle	In: Chemie konkret, 28 (2021) 3, S. 112-121Infoseite zur Zeitschrift PDF als Volltext Link als defekt meldenVerfügbarkeit
Sprache	deutsch
Dokumenttyp	online; gedruckt; Zeitschriftenaufsatz
ISSN	0944-5846; 1521-3730
DOI	10.1002/ckon.201900053
Schlagwörter	Chemieunterricht; Chemische Reaktion; Simulation; Gymnasiale Oberstufe; Chemieunterricht; Chemische Reaktion; Differenzialgleichung; Simulation
Abstract	Der Beobachtung, dass Schülerinnen und Schüler häufig nicht den Beitrag anderer Fächer wie der angewandten Mathematik oder Informatik zur Chemie sehen, kann man versuchen entgegenzuwirken, indem man geeignete mathematische Modellierungen im Chemieunterricht einführt. Dabei kann man sich auf solche Themen fokussieren, die üblicherweise bereits Bestandteil der Lehrpläne sind. Hier wird die Kinetik, ein zentrales Thema der Chemie, im Rahmen der Einführung der nukleophilen Substitution als Beispiel herangezogen. Dies erlaubt es, Bezüge zu Unterrichtsinhalten der Mathematik und Informatik herzustellen. Dazu wird die Kinetik durch quantitative Betrachtungen und Simulationen vertieft. Es werden die Zeitgesetze für die Kinetik erster und zweiter Ordnung mit mathematischen Methoden hergeleitet, die in den heutigen Mathematiklehrplänen typischerweise enthalten sind. Mit Hilfe von zwei quantitativ auswertbaren Modellversuchen können sowohl die Differenzialgleichungen als auch ihre Lösung spielerisch veranschaulicht werden. Diese Modellversuche lassen sich zudem in kompakte Computeralgorithmen umsetzen. Die Schülerinnen und Schüler lernen so die unterschiedlichen Methoden Experiment, Herleitung und Simulation zur Gewinnung chemischer Erkenntnisse kennen. The observation that high school students often do not recognize the contributions of other subjects such as applied mathematics or informatics to chemistry may be countered by introducing appropriate mathematical modelling in chemistry class. It should be focused on topics which are typically part of the regular curricula. Here chemical kinetics is employed within the introduction of the nucleophilic substitution as an example allowing conjunctions to mathematics and informatics. In this context, kinetics is deepened by quantitative considerations as well as simulations. The time laws for the kinetics of first and second order are derived using mathematical methods that are typically included in present mathematics curricula. In addition, two quantitatively analyzable model experiments can be used to allow a playfully understanding of the differential equations and their solutions. Furthermore, these model experiments can be transformed into concise computer algorithms. In this way, students learn the different methods experiment, analytical derivation, and simulation for gaining chemical knowledge.
Erfasst von	IPN - Leibniz-Institut für die Pädagogik der Naturwissenschaften und Mathematik an der Universität Kiel
Update	2021/4