Modellhafte Erschließung und Visualisierung der dynamischen Prozesse auf der Teilchenebene einer galvanischen Zelle und eines Akkumulators

Das Experiment wird auf eine für die SuS neue Weise durchgeführt. Statt wie bei der Silber-Kupfer-Batterie die Elektrolytlösungen in Bechergläser zu füllen, wird diesmal das Experiment im Mikromaßstab flach auf einer Folie durchgeführt. Hierzu wird die Abbildung des Versuchsaufbaus in einer Klarsichthülle zusammen mit allen für das Experiment notwendigen Materialien bereitgestellt.

Die Darstellung des Versuchsaufbaus ist angelehnt an Abbildungen in Schulbüchern und erinnert an die klassische Variante mit den Bechergläsern, jedoch habe ich mich für die oben beschriebene experimentelle Vorgehensweise entschieden, da diese ein ressourcenschonendes und risikoarmes Arbeiten mit kleinen Mengen erlaubt und aus der genau vorgegebenen zeichnerischen Versuchsanordnung eine interaktive Versuchsanordnung wird.
Im Internet findet man diverse Animationen, die die Vorgänge auf Teilchenebene im Daniell-Element visualisieren [2]. Ein großer Nachteil solcher Animationen liegt meiner Meinung nach in dargestellten Versuchsanordnungen, die nicht derjenigen entsprechen, mit der das Experiment tatsächlich im Unterricht durchgeführt wurde. Dadurch entsteht eine zusätzliche Hürde im Lernprozess der Schüler, da sie zwischen unterschiedlichen Darstellungen bzw. Versuchsanordnungen hin- und herwechseln müssen. Die dynamische Visualisierung der Prozesse auf Teilchenebene liefert für deren Einsicht einen wichtigen Beitrag, deshalb habe ich eine 3D-Animation über Augmented Reality (AR) mithilfe der kostenlosen App Blippar [3] und dem Tool Blippbuilder erstellt.

[2] http://www.chemie-interaktiv.net/html_flash/ff_galvanisches_element.swf
[3] https://www.blippar.com/

Nach Anlegen eines kostenlosen Accounts können mit diesem Tool eigene Animationen nach dem Baukastenprinzip erstellt werden. Der Umgang mit dem Blippbuilder ist dabei relativ selbsterklärend. Die von mir gewählten Darstellungen, wie Farbe und Größe der Teilchen, sind durch den Funktionsumfang des Tools bedingt und bedienen unter Umständen Präkonzepte der Schüler. Daher müssen auf jeden Fall die Grenzen der Modellanimation mit den Schülern besprochen werden. Die Abbildung der Versuchsanordnung dient als sogenannter Marker und wird als Grundlage für die Erstellung der Animation verwendet. Bei Fertigstellung wird ein Zahlencode erzeugt, der in den Einstellungen der App eingegeben wird, sodass die Schüler die Animation ohne vorherige Registrierung bei Blippar verwenden können. Dies ist aus datenschutzrechtlichen Gründen zu begrüßen und macht es einfach, AR im Unterricht einzusetzen. Die Schüler scannen die Abbildung mit der App und betrachten die ablaufende Animation. Dabei gelingt ein gleitender Wechsel von der Stoff- zur Teilchenebene. Der in der Fachdidaktik verwendete Begriff der „Teilchenlupe“ wird durch den Einsatz des Tablets und von AR zum haptisch und optisch erfahrbaren Erlebnis für die Schüler. Sie entdecken die Prozesse der Teilchenebene im Modell direkt oberhalb der realen Stoffebene, die über die Kamera des Tablets sichtbar bleibt.

Auch die Übertragung der dynamischen Vorgänge auf Teilchenebene in eine statische Darstellung zur Sicherung auf dem Arbeitsblatt sollte von den Schülern eigenständig leistbar sein. Zuhause können die Schüler sich die kostenlose App herunterladen und sich die Animation auf ihrem nun interaktiven Lernmaterial z.B. zur Vorbereitung auf die Klausur noch einmal anschauen.
Im Distanzunterricht muss den SuS ein Video des Experiments bereitgestellt werden, die Betrachtung der AR-Animation kann durch eigene Smartphones/Tablets oder Leihgeräte von der Schule gewährleistet werden.

Die Unterrichtssequenz wird mit einem wissenschaftsjournalistisch angelegtem Projekt fortgesetzt. Fachlich setzen sich die SuS mit den Prozessen der Entladung und Aufladung eines Lithium-Luft-Akkumulators auseinander. Clare Grey, Körberpreisträgerin 2021, forscht an diesen Akkus. Zu ihren Ehren sollen die SuS, ähnlich wie Beiträge der Tagesschau auf Instagram, einen Fake-Instagram-Post erstellen und die Vorgänge auf Teilchenebene mit einer geeigneten Animation (ggf. sogar als AR) visualisieren. Gängige Präsentationstools können für die Erstellung der Animation herangezogen werden, Canva unterstützt das hochwertige Design des Fake-Instagram-Posts. Dieser Teil der Unterrichtssequenz kann sowohl im Präsenz- als auch Distanzunterricht ohne Einschränkungen durchgeführt werden. Ein Kanban- Board auf der verwendeten Lernplattform Moodle unterstützt die Projektarbeit. Durch Peer Feedback, welches digital über die Forumsfunktion in Moodle gegeben wird, wird die Arbeit der SuS überwacht und damit der Erfolg des Projekts gewährleistet.