Klassenprojekte

Zu Beginn des Projekttages erhalten die Schüler*innen einen kurzen Überblick über Farbstoffe, die ihren Alltag begleiten sowie die vielfältigen Alltagsgebiete, in denen sie auf Farbstoffe treffen. Der erste Versuch beschäftigt sich dann mit Lebensmittelfarbstoffen in Form von Softdrinks. Dabei entfärben die Schüler*innen den im Softdrink enthaltenen Farbstoff Azorubin mithilfe von Natriumdithionit und können ihn anschließend in verschiedenen Farben fluoreszieren lassen. Die Farbänderung zeigt den Schüler*innen damit deutlich die chemische Reaktion auf und kann von ihnen leicht als solche begriffen werden. Wenngleich die verwendeten Chemikalien kein außerordentliches Gefahrenpotenzial aufweisen, ist eine Handhabung des übelriechenden Natriumdithionits in der Schule meist nicht möglich. Die Ausstattung der Universitätslabore ermöglicht diese.
Im weiteren Verlauf wenden sich die Schüler*innen dem "Vergolden" von Kupfermünzen zu und können somit einen weiteren ihnen gut bekannten Alltagsgegenstand im Rahmen chemischer Reaktionen neu kennenlernen. Sowohl die Beschichtung der Kupfermünze mit Kalilauge und Zink als auch das anschließende Legieren mit Messing im Bunsenbrenner sind zwar prinzipiell auch im Schullabor durchführbar, können jedoch dennoch in den Bereichen der Sicherheit und Praktikabilität von der Ausstattung der Universitätslabore profitieren.
Zum Abschluss erhalten die Teilnehmenden die Gelegenheit, einen thermochromen Farbstoff, den sie aus ihrem Alltag beispielsweise in der Form von Zaubertassen, aber auch einigen Fieberthermometern kennen, selbst darzustellen. Hierfür setzen sie Kupfer(I)-iodid mit Kaliumiodid und Methylnicotinat um und erhalten so einen fluoreszenten Farbstoff. Indem sie diesen abkühlen, können sie die Farbigkeit ihres Produkts dabei einstellen. Der Umgang mit diesen Stoffen ist in der Schule nicht sicher möglich, das schnelle Abkühlen des Farbstoffs mittels flüssigem Stickstoff ebenso nicht.
Indem die Schüler*innen in allen Teilversuchen entweder mit Alltagsgegenständen arbeiten oder Stoffe synthetisieren, die ihnen bereits aus dem Alltag vertraut sind, entsteht ein hoher, für die Teilnehmenden erkennbarer Alltagsbezug. 

In den Laboren des Departments für Chemie führen die Schüler*innen zwei Versuche durch: 

1. Herstellung von Vanillin
Es werden weltweit pro Jahr ca. 2000 Tonnen Vanillefrüchte geerntet, woraus ca. 40 Tonnen Vanillin (natürlicher Aromastoff) gewonnen werden. Dazu werden zusätzlich ca. 12.000 Tonnen Vanillin (synthetischer Aromastoff) produziert, da der Bedarf nicht durch die Vanillefrucht abgedeckt werden kann. Für 1 kg synthetisches Vanillin fallen ca. 11 € an, während der Preis für 1 kg natürliches Vanillin bei 600 € liegt. 
In der Natur kommen aromatische Verbindungen als (Poly-)Phenole (ein Aromat mit mindestens einer Hydroxygruppe) vor. Dazu gehört auch das Vanillin, das ein Aromat mit einer Hydroxy-, Methoxy- und Aldehydgruppe ist.
Das Lignin (Holzbestandteil) weist ein phenolisches Grundgerüst auf, welches ein komplexes hoch verzweigtes dreidimensionales Polymer darstellt. Es wird zur Herstellung von aromatisch-biobasierten Feinchemikalien verwendet. Im Labor synthetisieren die Schüler*innen Vanillin durch die kupferkatalysierte oxidative Spaltung von Ligninsulfonsäure.  

2. Quantitative Bestimmung im Vanillinzucker
Für die Industrie ist es besonders wichtig, dass immer gleich viel Vanillin im Vanillinzucker landet. Dies wird immer wieder durch die Qualitätsanalyse überprüft. Neben einer Reihe hochtechnischer Lösungen ist es auch möglich, den Vanillingehalt durch Titration zu bestimmen.

Bei diesem Experimentiertag geht es um nachhaltige Nahrungsgewinnung am Beispiel der Aquaponik. Im ersten Teil des Experimentiertages geht es um die Erarbeitung der Problemstellung und einer Einführung in die Problematik der globalen Ernährung bei steigendem Bevölkerungswachstum und den  Herausforderungen des Klimawandels und den damit verbundenen Folgen. 
Im zweiten Teil geht es dann um die Erarbeitung von Lösungen bzw. Maßnahmen, um diesen Herausforderungen begegnen zu können. In dem Rahmen wird die Aquaponikanlage in das Zentrum des Experimentiertages gesetzt. An verschiedenen Stationen beschäftigen sich die Schüler*innen eigenständig u.a. mit der Frage woher unser Essen kommt, Problemen der aktuellen Landwirtschaft, Aquakulturen, Hydroponik, Aquaponik, Wasserparametern, Stickstoffkreislauf, Nährstoffmangel und nachhaltiger Ernährung.

Insekten – sie besiedeln die ganze Welt und sind in nahezu allen Lebensräumen anzutreffen. Trotzdem ist die artenreichste Klasse der Tiere bis heute nicht allumfassend erforscht und birgt so manche Rätsel. Auch unseren SchülerInnen sind diese Lebewesen, die in so unterschiedlicher Erscheinung auftreten, eher fremd. Durch den drastischen Rückgang der Artenzahl von Insekten scheint es umso dringlicher, das Augenmerk auf sie zu richten und sich ihrer unverzichtbaren Stellung in der Natur bewusst zu werden. Neben der Arterhaltung von Pflanzen durch die Bestäubung dienen sie als Futterquelle für zahlreiche Tiere. Nicht zuletzt sind sie auch als Destruenten von großer Bedeutung für das ökologische Gesamtsystem unserer Welt und könnten in naher Zukunft vermehrt auch als Nahrungsquelle dienen.

Hier lernen die Schüler unter anderem den Umgang und das Arbeiten mit Lupe und Mikroskop, das Anfertigen wissenschaftlicher Zeichnungen, das Beobachten der lebenden Insekten und das Protokollieren anhand eines Ethogramms. Komplettiert wird der Workshop mit dem Terrarienbau für Grillen und Wüstenheuschrecken. Bei diesem Projekt steht somit neben den Lerninhalten auch der Umgang mit lebenden Tieren im Vordergrund.

Dabei liegen die nicht codierenden Abschnitte einer DNA-Probe im Fokus. Im ersten Teil des Experimentiertages isolieren und reinigen die SchülerInnen zunächst die DNA. Anschließend können die SchülerInnen die DNA mittels Polymerasekettenreaktion (PCR) vervielfältigen.  

Die Unmengen der in der PCR hergestellten Kopien sind immer noch nicht mit bloßem Auge sichtbar. Um sie miteinander vergleichen zu können, müssen die DNA-Fragmente nach ihrer Länge sortiert werden. Dazu werden sie eingefärbt und auf ein Gel aus Agarose aufgetragen. Am Gel wird eine elektrische Spannung angelegt. Da jede isolierte DNA negativ geladen ist, wandert sie zum positiven Pol. Wird die Spannung abgestellt, bleiben die DNA-Stücke gleicher Länge an der Stelle im Gel liegen, zu der sie in dieser Zeit wandern konnten. Die DNA-Fragmente bilden so ein für jedes Individuum ganz bestimmtes Bandenmuster (genetischer Fingerabdruck), das die SchülerInnen unter UV-Licht erkennen können.

Die Ergebnisse werden anschließend im Forum dargestellt und diskutiert. 

Die SchülerInnen sollten bereits Kenntnisse zu folgenden Begriffen haben: DNA-Struktur, Replikation, Polymerase-Kettenreaktion, Vererbungslehre

Der Schüler*innen-Projekttag greift das Thema thermisches Nutzenpotential von Fassadenbegrünung auf und zeigt, wie der Transfer aus der fachwissenschaftlichen und fachdidaktischen Forschungspraxis in die Schule gelingen kann, um Bildung für nachhaltige Entwicklung (BNE) als ein Querschnittsthema von Schule zu vermitteln. 

Die „Behauptung“, Pflanzen - also das städtische Grün - tragen zur Abmilderung der Auswirkungen des Klimawandels in urbanen Räumen bei, wird von den Schüler*innen in einem angeleiteten forschenden Prozess (Forschendes Lernen) eigenständig untersucht. Dabei werden Experimente im Zentrum stehen, mit denen die Schüler*innen selber die Eigenschaften von Pflanzen mittels Sensoren untersuchen (z. B. Effekte bezüglich Temperatur, Verschattung, Transpiration/Verdunstungskälte, CO2).

Der Auftrag lautet: Öffnet die Truhe des Kapitäns! Nur wenn alle im Team zusammenarbeiten und gemeinsam nachdenken, kommt man auch ans Ziel. Dabei ist aber nicht nur Teamwork und pfiffiges Problemlösen gefragt. Ihre Schüler:innen lernen auch noch ganz nebenbei so Einiges über den Rhein, seine Bewohner und -ganz wichtig- seine Strömung. Dafür wird Ihre Klasse den Rhein nicht nur über Wasser, sondern auch unter Wasser erforschen. Und trotzdem kriegt niemand nassen Füße (Ehrenwort des Kapitäns)! Wie das wohl funktioniert, möchten Sie wissen? Dann kommen Sie uns doch einmal mit Ihrer Klasse auf unserem Schiff besuchen und schauen Sie es sich an. Wir freuen uns auf Sie!

• Anzahl der Schüler:innen/Gruppengröße: Bis zu 20 Schüler:innen (Abweichungen sind nach Absprache möglich)
• Dauer: Ca. 4 Stunden
• Ablauf: Aufteilung in 2 Gruppen mit zeitversetztem Start des Escape-Rooms
• Inklusive Gestaltung: Der Escape Room ist inklusiv gestaltet, jedoch ist die Ökologische Rheinstation in der baulichen Struktur nicht barrierefrei (schmaler Steg und Treppe). Fragen Sie im Einzelfall gerne nach.
• Aufsichtspflicht: Der Escape-Room wird durch Studierende und Mitarbeitende der Universität zu Köln moderiert. Die Lehrperson behält dabei die Aufsichtspflicht.

Adresse:
Oberländer Werft, Rheinkilometer 684,5
50968 Köln-Marienburg

Anreise:
Sie erreichen die Rheinstation am besten mit den Bahnlinien 16 und 17. Bitte steigen Sie an der Haltestelle Bayenthalgürtel aus. Von dort gehen sie runter zum Rhein, es führen Treppen runter zu den Wegen entlang des Rheins (geben Sie Acht auf die Radfahrer:innen). Das Schiff befindet sich unmittelbar auf Höhe der Haltestelle und ist auch beschildert. Sie können über die Fußgängerbrücke zum Eingang des Schiffs kommen, wo Sie von eine:m Mitarbeitenden abgeholt werden.

Kontakt: escape-rheinstation(at)uni-koeln(dot)de

Bitte teilen Sie uns bei der Anfrage folgende Informationen mit: Gruppengröße, Klassenstufe und eventuelle Förderbedarfe, Wunschtermine, Vorkenntnisse der Lerngruppe zu dem Thema Trigonometrie (sind nicht nötig, es ist für uns nur gut den Stand zu kennen).

Bei Abweichungen zu den oben genannten Punkten (z.B. mehr als 20 Schüler:innen) werden wir versuchen eine individuelle Lösung für Sie zu finden, schicken Sie uns also trotzdem gerne eine Anfrage.

Der Lösungsweg wird vollkommen offen gehalten. An einer Materialtheke stellen wir verschiedene Labormaterialien zur Verfügung, aus denen die Schüler*innen frei wählen können. Eigene Lösungsstrategien zu entwickeln, aus Fehlwegen zu lernen und natürlich der Spaß am selbständigen, freien Experimentieren, stehen dabei im Mittelpunkt des ersten Projektteils.
Im zweiten Teil werden "unsichtbare" Inhaltsstoffe des Schmutzwassers analysiert. Dann geht es an die Reinigung: Glukose muss mit biologischen Verfahren entfernt werden. 

Beim Experiementieren im Wasserprojekt werden folgende übergeordnete Kompetenzen bei den Schülerinnen und Schülern gefördert:

• "Untersuchungen und Experimente durchführen" (E5)
• "Untersuchungen dokumentieren" (K3); "Recherchieren" (K5), "Kooperieren und im Team arbeiten" (K9)

Im Wasserprojekt können folgende Inhaltsfelder kontextbezogen bearbeitet werden:

• "Ökosystem und Ressourcen" (Wasseraufbereitung, Schadstoffe und Grenzwerte, Nachhaltigkeit)
• "Stoffe und Stoffeigenschaften" (Trennverfahren von Stoffgemischen)

entnommen aus dem Kernlehrplan NRW Sek I Naturwissenschaften, Biologie, Chemie, Physik (2013)

Die Experimentierstationen im Überblick:

• Sonne und Strahlung: Mit Handspektroskopen werden unterschiedliche Lichtquellen untersucht und die Zusammensetzung des Lichts diskutiert.
• Jahreszeiten & Konvektion: Anhand des Einstrahlwinkels der Sonne untersuchen wir die Entstehung von Jahreszeiten. Die Konvektion von Wasser und damit die Entstehung von Meeresströmungen wird bei unterschiedlichen Temperaturen mit Farbstoff sichtbar gemacht.
• Treibhauseffekt: Bei diesem Versuch wird die Löslichkeit von Kohlenstoffdioxid in Wasser untersucht und in Zusammenhang mit dem Treibhauseffekt gestellt.
• Fotosynthese: Bei 2 Experimenten geht es um die Sauerstoff- und Stärkeproduktion von Pflanzen und deren Bedeutung für das Klima.
• Pollen als Klimaboten: Beim Mikroskopieren von Pflanzenpollen wird ihre Bedeutung für die Klimaforschung deutlich.
• Gewitter: Wie entsteht Gewitter und wie entstehen Blitze?

Folgende Fragen stehen im Raum: Wie ist es möglich, solch "kleine" Planeten, die ihre Bahnen um einen Stern ziehen, zu entdecken? Wie kann man die Zusammensetzung der Atmosphäre solch extrasolarer Planeten untersuchen, um auf das Vorkommen von Sauerstoff schließen zu können? Welche Eigenschaften eines extrasolaren Planeten müssen bekannt sein, um die Oberflächentemperatur zu bestimmen?

Die Reihe zur Astronomie gliedert sich in eine Vorbereitung (in der Schule) und dem eigentlichen Tag im Schülerlabor. Bei der Vorbereitung handelt es sich um ein E-Learning, wobei hier die Inhalte "Finsternisse im Sonnensystem" und "diverse Lichtspektren" thematisiert werden. Insbesondere basteln die Schüler_innen ihr eigenes Spektroskop, welches auch beim eigentlichen Besuch im Schülerlabor genutzt wird.

Beim Besuch im Schülerlabor erarbeiten die Schüler_innen anhand von 5 Stationen (jeweils 30 Minuten) die spannende Theorie zur Suche nach extrasolaren Planeten. Eine Beschreibung der Stationen, aus denen die Lehrkraft wählen kann, finden Sie hier.