Lernpfad zur DNA und Zellkernteilung

Lernpfad zur DNA und Zellkernteilung

Photo by Braňo on Unsplash

Die Verpackung der DNA – Chromosomen

Unsere DNA ist eines der wichtigsten Bestandteile jeder Zelle unseres Körpers. Sie enthält die Erbinformationen welche jederzeit ablesbar sein muss. Jeder Zellkern enthält DNA – Fäden mit einer Länge von ca. 2 Metern, die über 46 Chromosomen im Zellkern verteilt sind. Doch wie passt ein so langer Faden und 46 Chromosomen in ein 11 μm großes Zellorganell?

Werfen wir einen Blick in das Innere des Zellkerns, so können wir während einer Zellteilung kompakte Körper erkennen. Es sind Chromosomen, die jeweils paarweise vorhanden sind. Beide stimmen vom Aussehen und vom inneren Aufbau her genau überein. Deshalb nennt man sie auch homologe Chromosomen (homolog = gleichartig). Die Anzahl dieser Chromosomenpaare ist bei allen Lebewesen einer Art gleich. So besitzt der Mensch in seinen Körperzellen einen einfachen Chromosomensatz mit 23 Chromosomenpaaren. Hier spricht man auch von einem haploiden Chromosomensatz (1n). Als diploiden Chromosomensatz bezeichnet man einen doppelten Chromosomensatz (2n).

Chromosomen bestehen jeweils aus zwei Teilen, den Chromatiden. Diese sind über das Centromer in der Mitte verbunden. Ein Chromatid besteht jeweils aus einem kurzen und einem langen Arm. Jedes Chromosom enthält eine Chromatinfaser, die wie eine Spindelfeder dicht zusammengepackt ist. Während der Zeit zwischen den Zellteilungen – in der sogenannten Interphase liegen die Chromatinfasern in entspiralisierter Form in Zellkern vor. Erst kurz vor einer Zellteilung schließen sich die Chromatinfasern zu den kompakten Chromosomen zusammen. Die Chromatinfasern bestehen aus der sogenannten Desoxyribonucleinsäure, kurz DNS oder DNA. Sie ist der Träger des Erbmaterials.

Aufgabe: Ordne die Begriffe ihrem richtigen Bestandteil zu!

Chromosome by Magnus Manske via Wikimedia Commons CC BY-SA 3.0

Die DNA

Katzen gehören zu den beliebtesten Haustieren. Es gibt viele verschiedene Rassen, die sich durch ihre Körperform, Fell und Farbe unterscheiden. Die Fellfarbe wird vor allem durch die Gene in den Chromosomen beeinflusst. Elterntiere geben die Erbinformationen der Zelle an ihre Jungen weiter. Die Gene können aber das Katzenfell selbst nicht färben. Dafür sind Farbstoffe, sogenannte Melanine, in den Pigmentzellen der Tiere verantwortlich. Aber wie genau wird nun der Aufbau eines ganz bestimmten Farbstoffes gesteuert? Der Schlüssel für dieses Geheimnis liegt in den Chromosomen und dort vor allem in der DNA.

Um verstehen zu können, wie die Information über die Haarfarbe vom Zellkern in die Pigmentzellen der Katze gelangt und dort
zur Herstellung von Melanin führt, muss man zunächst die Struktur der DNA kennen. Die DNA besteht aus einem spiralig gewundenen Doppelfaden, der wie eine gedrehte
Strickleiter aussieht. Die Doppelhelix ist aus einzelnen Nukleotiden zusammengesetzt. Jedes Nukleotid besteht aus drei Bausteinen:

  • einem Zucker (Desoxyribose)
  • einem Phosphat
  • einer von vier organischen Basen
    • Adenin (A)
    • Thymin (T)
    • Cytosin (C)
    • Guanin (G)

Jeweils zwei Basen bilden eine Stufe der Strickleiter. Außen sitzen im Wechsel Zucker und Phosphat. Das Entscheidende ist jedoch der Bau der Strickleiterstufe: Hier sind jeweils zwei Basen miteinander verknüpft, und zwar immer nach dem gleichen Muster: Adenin ist mit Thymin und Cytosin stets mit Guanin verbunden. Diese Basenpaare werden auch als komplementäre Basen bezeichnet.

Chemische Struktur der DNA by Madleine Price Ball via Wikimedia Commons CC BY-SA 2.5

“cats group photo” by S@veOurSm:)e is licensed with CC BY-SA 2.0. To view a copy of this license, visit https://creativecommons.org/licenses/by-sa/2.0/

Lautet also die Basenreihenfolge auf der linken Seite bei vier aufeinander folgenden „Strickleiterstufen“ Cytosin, Adenin, Guanin, Thymin, so ergibt sich folgender Aufbau komplementärer Basen:

  • Cytosin – Guanin
  • Adenin – Thymin
  • Guanin – Cytosin
  • Thymin – Adenin

Für die Reihenfolge der Basenpaare gibt es auf einem solchen Kettenmolekül mit zahllosen Nukleotiden unendlich viele Möglichkeiten. Hierin liegt die „Sprache“ der Erbinformation verborgen. Wie bei jeder Sprache, so gibt es auch bei der Erbinformation verschiedene Wörter. Jedes Wort besteht hier aus drei auf einem DNA–Strang aufeinanderfolgenden Basen, einem sogenannten Basentriplett. Lautet also auf einem Strang der DNA die Basenreihenfolge G – A – G – G – C – T, so bilden GAG und GCT jeweils ein Wort.

Die DNA bildet eine Doppelhelix aus Nucleotiden. Dabei ist die Erbinformation durch die Abfolge der vier verschiedenen Basen verschlüsselt.

Quiz – DNA

Der Zellzyklus

Ein wichtiger Bestandteil bei der Entwicklung eines Organismus ist das Wachstum. In jedem Organismus findet täglich eine Zellteilung statt. Dieser Kreislauf heißt Zellzyklus und er wird in zwei Hauptphasen aufgeteilt. In der ersten Phase, der Interphase, wird die DNA repliziert und in der darauffolgenden Teilungsphase findet die Kern- und Cytoplasmateilung statt. Aus einer Mutterzelle entstehen zwei identische Tochterzellen. Diese zwei Hauptphasen wechseln sich so lange ab, bis eine Zelldifferenzierung zu Dauergewebe stattfindet. 

Die Interphase wird in drei Abschnitte aufgeteilt. In der präsynthetischen Phase (G1) werden Proteine und Organellen synthetisiert. Die Zelle wächst auf die Größe der Mutterzelle an. Bevor der nächste Abschnitt beginnt muss auf Faktoren wie die Zellgröße, der verfügbare Energievorrat und die Teilungssignale der Umgebung geachtet werden. Werden die Bedingungen erfüllt, so wird die Synthese-Phase (S) eingeleitet. In dieser Phase wird das Chromatin verdoppelt. Daraufhin werden in der postsynthetische Phase (G2) Vorbereitungen für die Zellteilung getroffen. 

Das Chromatin wird in der Mitose in zwei neue Kerne aufgeteilt und während der Cytokinese werden sie mit dem Cytoplasma und den zugehörigen Organellen gleichmäßig in zwei neue Zellen verteilt. 

In jedem komplexen Organismus gibt es differenzierte Zellen, die aus der G1-Phase in die G0-Phase eintreten. In der G0-Phase befinden sich Zellen, die sich nicht mehr teilen. Sie sind noch lebensfähig und betreiben Stoffwechsel. Während diese Zellen in diesem Zustand bleiben, können andere Zellen erneut stimuliert werden und kehren in den Zellzyklus zurück. 

Cell cycle by Richard Wheeler (Zephyris) via Wikimedia Commons CC BY-SA 3.0

Mitosis by Josef Reischig via Wikimedia Commons CC BY-SA 3.0

Die Mitose

Nachdem die DNA in der S-Phase verdoppelt wurde, erfolgt in der Mitose die Teilung des Zellkerns. Die Mitose ist ein Prozess, der zur besseren Übersicht in vier aufeinander folgende Phasen unterteilt wird. Die Phasen sind unterschiedlich Lang und haben fließende Übergänge. 

In der Prophase werden die aus zwei identischen Chromatidsträngen bestehenden Chromosomen unter dem Lichtmikroskop sichtbar. Die Kondensation ist für die Entfaltung der Chromosomen zuständig und sie befinden in einer Transportform. An beiden Zellpolen bildet sich ein Spindelapparat aus zahlreichen tubulären Eiweißmolekülen (Mikrotubuli). Am ende der Prophase zerfällt die Kernmembran und die Chromosomen wandern in die Äquatorialebene der Zelle.

In der Metaphase ist der Spindelapparat nun vollständig ausgeprägt. Die Chromosomen ordnen sich in der Äquatorialebene an und lassen sich jetzt gut unterscheiden. Da jede Zelle Erbmaterial von Vater und Mutter übernommen hat, gibt es zwei äußerlich übereinstimmende Sätze an Chromosomen (2n), Jedes Chromosomen besteht aus zwei identischen Spalthälften (Chromatiden = 2C, pro Kern 4C), da es bereits in der Interphase verdoppelt wurde. Die beiden Chromatiden sind am Centromer miteinander verbunden. 

Während der Anaphase werden die Chromatiden voneinander getrennt und werden mithilfe der Spindelfasern zu den entgegengesetzten Polen gezogen. Am Ende der Phase befindet sich an jedem Pol eine Spalthälfte eines jeden Chromosoms.

In der Telophase löst sich der Spindelapparat auf, die Chromosomen lockern sich wieder auf, bis sie nur noch als Chromatin zu sehen sind. Es werden neue Kernkörperchen und Kernhülle gebildet.

Auf die Mitose folgt die Cytokinese. Tierische Zellen schnüren sich ein (Furchung), pflanzliche Zellen bilden eine mittlere Zellplatte aus, die sich nach außen vergrößert.

Mitosis Stages by Ali Zifan via Wikimedia Commons CC BY-SA 4.0

Meiose

Die Meiose ist, wie die Mitose, eine Form der Zellteilung. Allerdings finden wir die Meiose nur bei sich sexuell fortpflanzenden Lebewesen vor. Die Meiose beschreibt den Prozess der Teilung von Keimzellen. Durch diesen Prozess entstehen Gameten. Es erfolgt eine Rekombination des Erbguts. Der Chromosomensatz wird hierbei halbiert (haploider Chromosomensatz). Die Meiose erfolgt in zwei Zellkernteilungen: die Meiose 1 und die Meiose 2.
Die erste meiotische Teilung beginnt mit der Prophase 1, welche sich weitergehend in Leptotän, Zygotän, Pachytän, Diplotän und Diekinese unterteilen lässt. Auf die Prophase 1 erfolgen Metaphase 1, Anaphase 1 und Telophase 1. Auch der Prozess der Meiose 2 wird in Prophase 2, Metaphase 2, Anaphase 2 und Telophase 2 eingeteilt. Obwohl wir hier zwei Prozesse der Zellkernteilung vorfinden, erfolgt nur eine Replikation der DNA in der Meiose. Darüberhinaus sind die Endprodukte der Meiose, im Gegensatz zur Mitose, genetisch unterschiedliche Zellen.
Charakteristika für die Meiose 1 sind: 

  1. Das Crossing- Over (Rekombination, genetische Vielfalt)
  2. Vollständige, homologe Chromosomenpaare befinden sich an den Polen (eine Trennung der Schwesterchromatiden erfolgt in Meiose 2)
  3. Das Endprodukt der Meiose 1 sind zwei Zellkerne mit jeweils der Hälfte der Chromosomen in doppelter Form (zwei Schwesterchromatiden)

In der Meiose 2 erfolgt weitestgehend die Trennung der Schwesterchromatiden, sodass vier Tochterzellen bzw. Tochterkerne entstehen, die von genetischer Vielfalt geprägt sind. Nach der Anordnung in der Äquatorialebene des Zellkerns, werden, durch eine Auflösung des Spindelapparats, die Chromatiden getrennt. Um die Chromosomen an den beiden Polen bildet sich neue Kernhüllen und die Zellen werden geteilt. Es sind vier Tochterzellen mit jeweils einem Chromosomensatz aus Einzelchromosomen entstanden. Bei der Spermatogenese entstehen vier männliche Keimzellen (Spermienzellen), die alle gleich groß sind. Jedoch ist es bei der Oogenese anders. Bei der Bildung einer Eizelle verbleibt nahezu das ganze Zellplasma in der entstandenen Eizelle. Die drei anderen entstehenden Zellen bleiben klein und gehen als Polkörperchen zugrunde. 

Meiosis Stages by Ali Zifan via Wikimedia Commons CC BY-SA 4.0

Zwischen der Meiose und der Mitose ergeben sich Gemeinsamkeiten, aber auch Unterschiede: Die Meiose bezieht sich auf die Bildung der Geschlechtszellen. Die Meiose findet in den Keimdrüsen statt und beschreibt die Genese von Eizellen und Spermien. Die hierbei entstandenen Tochterzellen sind genetisch unterschiedlich. Die Zellteilung erfolgt in 2 Phasen und ist, in der ersten Phase, durch das Crossing-Over gekennzeichnet. Am Ende der Meiose sind 4 genetisch unterschiedliche Zellen entstanden, die einen haploiden Chromosomensatz aufweisen.

Die Mitose beschreibt ebenso eine Zellteilung und impliziert eine Zellvermehrung. Alle wachsenden Zellen, abgesehen von den Keimzellen, durchlaufen die Mitose. Beide Zellen sind, nach Abschluss der Mitose, genetisch identisch. Die Teilung wird aufgeteilt in Prophase, Metaphase, Anaphase und Telophase, wohingegen kein Crossing-Over stattfindet. Das Endprodukt der Mitose ist das vorliegen zweier genetisch identischer Zellen mit einem diploiden Chromosomensatz.

Literatur

studyfix.de: Meiose, Abrufbar unter: https://studyflix.de/biologie/meiose-1809 (letzter Zugriff 06.02.2021)

Bergau, Manfred (2006): Prisma Biologie. Ernst Klett Verlag, 1 Aufl. Hamburg, Saarland, Schleswig- HolsteinBecker.

Graw, Jochen (2015): Genetik (6), in: Springer-Lehrbuch, S. 22.

Knabe (2014): Natura 2 – Biologie für Gymnasien. Ernst Klett Verlag GmbH, 1. Aufl. Stuttgart.

Peters (2019): Bioskop SII – Gesamtband. Westermann, Druck A2. Braunschweig.

Schmidt, Olaf (2017): Genetik und Molekularbiologie, in: Olaf Fritsche (Hrsg.): Kompaktwissen Biologie, S. 5-23, Berlin.

Wehner R., Gehring W. (2007): Zoologie. Georg Thieme Verlag. Stuttgart.

 

 
Dieses Werk ist durch die Autorinnen Börsdamm, Kristin & Dalmaz, Fatma unter einer Creative Commons Namensnennung – Weitergabe unter gleichen Bedingungen 4.0 International Lizenz lizenziert. 

Lernpfad zur Wiederholung des Bruchrechnens

Lernpfad zur Wiederholung des Bruchrechnens

Teste dich!

Mit den folgenden Aufgaben kannst du das eben gelernte noch einmal festigen und schauen, ob du wirklich alles verstanden hast!

Tipp:

Kürze den Bruch oder erweitere ihn, um die anderen Möglichkeiten herauszufinden!

Autorin: Franziska Jantzen
WebQuest hier, WebQuest da

WebQuest hier, WebQuest da

Was ist eine Webquest?

Der Begriff „WebQuest“ bedeutet wortwörtlich übersetzt „Internet Mission/Aufgabe“. In der Literatur wird die WebQuest oft als „abenteuerliche Spurensuche im Internet“ bezeichnet [1] , welche durch eine geleitete Recherche der Schüler*innen im Internet realisiert wird.

Hierzu stellt die Lehrkraft ausgewählte Links, Webseiten oder Artikel zu vorab definierten Haupt- und Unterthemen bereit. Die Informationen sind durch die Lehrkraft im Vorherein zu überprüfen und stellen die Informationsgrundlage für die Bearbeitung oder Aufgabenstellung dar. 

Die Schüler*innen erhalten einen Arbeitsauftrag und bearbeiten die Aufgaben mit Hilfe der zur Verfügung gestellten Informationen allein oder in Gruppen. Nebenbei unterstützt die Lehrkraft die Schüler*innen bei Fragen und Problemen und lässt diese weitestgehend eigenständig arbeiten.

Mittels einer WebQuest soll den Schüler*innen ein gesicherter Umgang mit dem Internet gewährt werden. Zudem dient es der geleiteten Auseinandersetzung mit einer vorgegebenen Thematik im Rahmen des Unterrichts.

Aufbau einer WebQuest

WebQuests folgen einem festen Aufbau aus sechs Unterpunkten, die Bernier Dodge 1995 zusammengefasst hat und 13 Jahre später von Heinz Moser konkretisiert wurden. Um ein eigenes WebQuest aufzubauen oder auch die Anordnung von WebQuests zu verstehen, werden im Folgenden die sechs Punkte aufgezählt [2]:

1. Einführung (Introduction)

Beim ersten Betreten der Website befindet sich die nutzende Person auf der Startseite. Dort soll diese eine Einleitung bekommen, wodurch sie herausfindet, wie sie das Thema bewältigen kann. Wichtig hierbei ist, dass die nutzende Person motiviert werden soll, beispielsweise mit einem Rätsel, einer Fragestellung oder auch mit einem Problem. Hier gibt es eine Einleitung zum Thema Zimtsterne von Simona Schmitt und Manuela Walter auf ihrem WebQuest zu sehen.

3. Quellen (Information Sources)

Damit die nutzenden Personen nicht ins kalte Wasser geschmissen werden, werden Quellen für die Bearbeitung der Aufgaben bereitgestellt. Für WebQuests ist es üblich, eine Linksammlung zu erstellen, dennoch ist dies nicht zwingend notwendig und es kann auch auf analoge Quellen wie Bücher, Zeitschriften oder Ähnliches zurückgegriffen werden. Anschauliches Beispiel bietet das WebQuest über Indianer, die für die verschiedenen Gruppen eine Quellensammlung hat.

5. Evaluation

Die nutzende Person soll selbst evaluieren und ihren Arbeitsprozess reflektieren, um die Qualität der Arbeit zu bewerten und aus den Arbeitserfahrungen zu lernen. Auch soll damit selbst beurteilt werden, ob die Ziele überhaupt erreicht wurden. Die kann schlicht gehalten werden oder auch mit vielen Unterkategorien bewertet werden.

2. Aufgaben (Task)

Im nächsten Schritt des WebQuests werden Aufgabenstellungen formuliert, um die in der Einführung erwähnte Aufgabe zu bearbeiten. Sprich, die Zielsetzungen des WebQuests werden hier in konkrete Arbeitsstellungen konkretisiert. Meistens beinhalten die Aufgaben Informationen zu suchen und zu recherchieren. Hier ist ein WebQuest zu finden, das sich mit der Verweisfunktion einer Tabellenkalkulation beschäftigt und das Vorgehen der Aufgaben beschreibt.

4. Lernprozess (Process)

In diesem Unterpunkt werden die Prozesse festgehalten für das WebQuest. Auch hier wird entschieden, wie das WebQuest bearbeitet wird. Die Lernende sollen hier selbst die Möglichkeit bekommen zu entscheiden, wie sie die einzelnen Arbeitsaufträge bearbeiten wollen. Grundsätzlich kann im Vorfeld hier vorgegeben werden, welche Sozialform oder Arbeitsschritte vorgesehen werden. Häufig wird dieser Punkt auf mit den Aufgaben vermischt.

6. Präsentation (Conclusion)

Für den letzten Punkt werden die Ergebnisse für die Einführung vorgestellt und bei Bedarf online publiziert. Nach Moser soll das Online Publizieren mehr in den Vordergrund gerückt werden, da andere Lernende neugierig und motiviert werden, nach dem sie die entstandenen Produkte gesehen haben.

Was hat das mit Pädagogik zu tun?

Das Arbeiten mit WebQuests stellt eine neue Lernkultur für Lernende dar. Vorab ist das Lernen mit Medien, wobei die Lernenden im Mittelpunkt stehen und nicht das digitale Medium, eine Abwendung des Behaviorismus und eine Zuwendung zum Konstruktivismus. Die WebQuests sollen dabei helfen komplexe Sachverhalte zu analysieren, beurteilen und die Ergebnisse anschließend von den Schüler*innen präsentieren zu lassen. Dabei werden Lernende zum explorativen Verhalten angeregt und die Möglichkeit eröffnet, selbstständig zu lernen. [1]

Im Vergleich zum klassischen Frontalunterricht, müssen die Lernenden ihr Wissen selbst konstruieren und aneignen. Die Lehrkraft dient nicht als Wissensvermittler, sondern als „Lernbegleiter“ und unterstützt die Schüler*innen im Lernprozess. Die Lernenden hingegen strukturieren, fragen und beantworten, bewerten und präsentieren selbstständig im sozialen Austausch mit anderen Lernenden oder bei Bedarf mit der Lehrkraft. Das hat zur Folge, dass ein Paradigmenwechsel von der Belehrungskultur zur Lernkultur stattfindet.

Vorteile

 

Erlernen und Fördern von Kompetenzen

  • Sozialkompetenz wird durch die Gruppenarbeit unterstützt und es herrscht innerhalb der Gruppen eine Form der Chancengleichheit, da unterschiedliche außerschulische wie schulische Kompetenzen benötigt werden um das gestellte Problem lösen zu können.
  • Medienkompetenz ist ein klarer Bestandteil der Webquest-Methode. Die SuS können anhand der ausgewählten Quellen erkennen, welche Art von Informationen sie welcher Quelle entziehen können. Man könnte in einer Endreflexion auch besprechen welche Internetquellen für welchen Zweck verwendet werden können. (Fachartikel vs. „Klatschpresse“)
  • Problemlösekompetenz ist eine interdisziplinäre Kompetenz, welche von den SuS verlangt, mit unterschiedlichen Lösungswegen, ein Problem zu beleuchten, welches in manchen Fällen keinen eindeutigen Lösungsweg und vielleicht auch keine eindeutige Lösung aufweist 

Motivation

Ein weiterer sehr relevanter Vorteil dieser Methode stellt der Motivationsfaktor dar. Der Einsatz von Webquest stellt sich als sehr motivierend heraus und bietet über die ganze Einheit hinweg eine für die Lernende spannende Umgebung. Die erhöhte Motivation kann dafür sorgen, dass alle Lernenden innerhalb der Gruppe aktiv mitarbeiten [3] 

Alltagsnah und Aktuell

Die Methode lässt sich gut für viele unterschiedliche Themen nutzen und bietet somit, falls man die Webquest selbst erstellt, die Möglichkeit aktuelle Themen aus dem Alltag der Lernenden aufzugreifen

Keine Programmierkenntnisse nötig

Es gibt auf unterschiedlichen Websites schon Sammlungen von unterschiedlichen Webquests. Sollte man sich entschließen eine vorgefertigte Webquest im Unterricht zu benutzen, dann sollten man überprüfen ob alle Links noch funktionieren. Möchte man selber eine Webquest erstellen wollen, so gibt es viele verschiedene Tool im Internet, die es einem ermöglichen schnell und einfach Webquests zu designen (z.B. WordPress etc.) 

Nachteile

 

Hoher Zeitaufwand

Das Erstellen einer eigenen Webquest und das aufbereiten vorhandener Webquests stellt einen hohen Aufwand dar. Außerdem nimmt das bearbeiten und reflektieren von Webquests im Unterricht viel Zeit in Anspruch. [3]

Schnell veraltet

Erstellt oder nutzt man eine vorhandene Webquest so verwendet man viele Links zu anderen Seiten oder Publikationen. Diese Links müssen für eine Wiederholende Nutzung über Jahre hinweg immer wieder überprüft werden, da die anderen Websiten die Artikel aus dem Internet nehmen oder verändern. [3]

Beschaffung der Informationen erfolgt nicht in einem realen Umfang

Dadurch, dass die Quellen gewählt werden, müssen sich die SuS nicht mehr alleine in das Internet stürzen und eigenständig abwägen, welche Quelle geeignet und welche ungeeignet sind.  [4]

Kriterien für gute WebQuest

Eine Webquest soll funktionieren, optisch zum Thema passen und eine klare Navigation aufweisen. Dazu soll die Einführung fesselnd verfasst sein, damit die SuS für das Thema motiviert sind. Das Vorwissen der Lernende soll in der Einleitung aktiviert werden und der Arbeitsauftrag soll fordernd genug sein, dass verschiedene Informationsquellen nötig sind um eine Antwort formulieren zu können. Um an das erwartete Ziel zu gelangen, muss den Lernenden jeder Schritt klar sein und jeder Schüler /jede Schülerin soll unabhängig des individuellen Niveaus die Möglichkeit haben eigenständig unter Zuhilfenahme der Quellen ans Ziel zu gelangen. Die Quellen sollen dabei sehr unterschiedlicher Natur sein (Bücher, Internetseiten, Videos etc.) und auf die Lernenden abgestimmt sein. Vor allem sollen am Ende einer Einheit Diskussionen auf der Metaebene angeregt werden. [5]

Literaturverzeichnis

 

[1] WebQuests auf dem Lehrerfortbildungsserver. (2017, Februar 20). https://lehrerfortbildung-bw.de/u_gestaltlehrlern/projekte/webquest/

[2] Kirst, K., Klötzke, R., Scharwies, M., Polyluxloud, Lachner, B., & Dautel, K. (2020, November). WebQuest [Wiki]. ZUM-Unterrichten. https://unterrichten.zum.de/wiki/WebQuest

[3] Bachmaier, R. WebQuests – abenteuerliche Spurensuche im Internet. https://www.mebis.bayern.de/wp-content/uploads/sites/2/2015/04/WebQuest.pdf 

[4] e-teaching.org  Webquest (2016) https://www.e-teaching.org/lehrszenarien/pruefung/pruefungsform/webquest 

[5] Bescherer, C. Webquests: Kriterien zur Evaluation von WebQuests (2009) http://www.bescherer.de/webquests/webquests/webquest/kriterien.pdf  

Lernpfad zur IUPAC-Nomenklatur der Alkane

Lernpfad zur IUPAC-Nomenklatur der Alkane

International wurde ein Nomenklatursystem eingeführt, mit dessen Hilfe eine Namensgebung zu Molekülen erfolgen kann. Die Benennung der Moleküle erfolgt dabei unter Berücksichtigung der IUPAC-Nomenklaturregeln. Das Nomenklatursystem wurde von der International Union of Pure and Applied Chemistry (IUPAC) ins Leben gerufen, weshalb die Nomenklatur auch IUPAC-Nomenklatur genannt wird. Es ist ein wichtiges Hilfsmittel für Chemiker und Chemikerinnen, um Molekülen ihren Namen zuzuordnen sowie Namen zur Formel zurückzuführen. Benannt werden immer Kohlenstoffketten, die aus einem Stamm sowie Präfix und Zahlwort aufgebaut sind.

Was ist die IUPAC-Nomenklatur?

Die Benennung der unverzweigten Alkane

Um einem Molekül den korrekten Namen zuordnen zu können, müssen spezielle Regeln befolgt werden. Für die Benennung von Molekülen muss jeder Chemiker und jede Chemikerin jedoch darüber Bescheid wissen, wie die Alkane der homologen Reihe lauten. Unter der homologen Reihe der Alkane werden Verbindungen verstanden, die sich durch CH-Gruppen unterscheiden. Besitzt ein Molekül ein Kohlenstoffatom (C-Atom) und vier Wasserstoffatome (H-Atome), heißt das Molekül “Methan”. Weist ein Molekül dagegen zwei C-Atome und sechs H-Atome auf, heißt es “Ethan”. Allgemein lassen sich Alkane durch die Formel CnH2n+2 darstellen. Sie enthalten nur Einfachbindungen, daher auch die Endung „-an“ bei bspw. Methan oder Ethan. Im Folgenden findest du eine Tabelle der homologen Reihe der Alkane:

  1. Ordne die Strukturformel dem richtige Alkan zu.

Stammgruppe und Seitenkette

Um den Stammnamen einer Verbindung zu erhalten, muss zunächst die Hauptkette (jene, die die meisten C-Atome enthält)  bestimmt werden. Dafür wird die Kette mit den meisten  C-Atomen so nummeriert, dass die längsten bzw. meisten Verzweigungen die kleinsten Zahlen erhalten. Die Vielzahl von Alkanen, beispielsweise im Erdöl, lässt sich dadurch erklären, dass Wasserstoffatome durch andere Kohlenstoffketten ersetzt werden können. Dadurch entstehen sogenannte Seitenketten. Da auch diese im Namen einer Verbindung erscheinen müssen, werden sie mit einer besonderen Endung versehen. Handelt es sich bei der Verzweigung um ein gesättigtes Alkan (Alkan, dass sich für die Anknüpfung von einem H-Atom trennen musste), ändert sich die Endung -an in -yl. Diese Seitenketten werden vor dem Stammnamen geschrieben. Die Position der Verzweigung wird durch die Nummer jenes Kohlenstoffatoms angeben, von dem diese Seitenkette abgeht. Sind mehrere  Verzweigungen enthalten, werden diese alphabetisch geordnet (butyl, ethyl, methyl usw.). Sind verschiedene gleiche Seitenketten Bestandteil einer Verbindung, werden diese durch Vorsilben (Zahlenpräfixe) gekennzeichnet.

 

2. Finde die richtige Stammkette der gezeigten Alkane.

 

 

3. Finde die richtige Seitenketten der gezeigten Alkane.

Zahlenpräfix

Neben der homologen Reihe der Alkane muss jeder Chemiker und jede Chemikerinnen darüber im Klaren sein, wie die Zahlenpräfixe lauten, da eine Atomart mehrmals im Molekül vorkommen kann. . Kommt eine Art nur einmal vor, wird die Vorsilbe “mono” genutzt. Bei zwei Atomarten wird dagegen “di” als Vorsilbe verwendet usw.. In der Regel werden in der Schule nur Zahlenpräfixe genutzt, die bis drei gehen bzw. nur Moleküle verwendet, die drei Atomarten besitzen. Die folgende Tabelle verdeutlicht dir den Zusammenhang:

In der Regel werden in der Schule nur Zahlenpräfixe genutzt, die bis drei gehen bzw. nur Moleküle verwendet, die drei Atomarten besitzen.

4. Fülle den Lückentext über die Regel für die Benennung von Alkanen aus.

 

5. Benenne das Molekül gemäß den Nomenklaturregeln.

Nach dem Lehrpfad weißt du nun wie Moleküle gemäß den Nomenklaturregeln benannt werden. Um dein Wissen zu festigen, kannst du die Spiele wiederholt spielen, ferner Moleküle aus dem Internet raussuchen und dein Können erproben! 🙂

Literatur

Atkins, P; Beran, J. (1998). Chemie – einfach alles. Wiley VCH Verlag: Weinheim.

Bruice, P. (2007). Organische Chemie. Pearson Studium: München.

Hellwinkel, D.  (2006). Die systematische Nomenklatur der organischen Chemie. Springer Spektrum: Berlin Heidelberg.

 

 

 

Dieses Werk wurde von den Autorinnen Bütow, Jana-Christin; Dager Angulo, Angela & Seiff, Regina unter CC-BY-NC Lizenz (4.0) veröffentlicht.

Inverted Classroom Model

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Inverted-Classroom

 

Lizenz zur Präsentation:

| Annabell Schamann | This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International License.

Reflexionsberichte zu diesem Thema

Am Controller spielend lernen?

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Ansätze einer Integration von Videospielen in den Schulunterricht

Videospiele_im_Schulunterricht_PPP_updated_5.12.2019

Photo by Lorenzo Herrera on Unsplash

 

Weitere Anregungen für Spiele die möglicherweise im Schulunterricht integriert werden können:

Valiant Hearts: The Great War (Ubisoft, 2014)

  • 1. Weltkrieg, Adventure; BesonderheitEinblendungen mit historischen Quellen

Superliminal (Pillow Castle, 2019)

  • RätselBesonderheitRäumliche Darstellung essentiell bei Lösung der Rätsel 

Civilization 1-6 (verschEntwickler; 1991-2016)

  • StrategieBesonderheitpolitische/diplomatische/geografische Dimensionen

Minecraft Education Edition (Microsoft, 2016)

  • https://education.minecraft.net/ ; Speziell für den Unterricht entworfen
  • Google Stadia/Playstation NOW/Geforce NOW/Microsoft Game Pass
  • Spiele Abo Dienste/Streaming-Plattformen bei der keine Konsolen/Computer mehr notwendig sind->möglLösungsweg des Logistik/Kostenproblems?