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Experimentiertag - Biotechnologie

Natürlich raffiniert!

Bezug zur FZJ Forschung

Das Forschungszentrum Jülich gehört zum Kompetenzzentrum Bioökonomie Science Center (BioSC), das in einem integrativen Gesamtkonzept Forschung für eine nachhaltige Bioökonomie betreibt.

Ablaufbeschreibung

Die Schülerinnen und Schüler produzieren mit Hilfe von Saccharomyces cerevisiae Ethanol (klassische Alkoholische Gärung) und untersuchen dabei die Ethanolausbeute beim Einsatz unterschiedlicher Zucker. Sie destillieren einen Hefeansatz um reinen Ethanol zu gewinnen und bestimmen anschließend  den Ethanolgehalt an einem Gaschromatographen.

Der gewonnene Ethanol wird zum Betreiben einer direkten Ethanolbrennnstoffzelle (DEFC) eingesetzt.

Alle Experimente werden von den Schülerinnen und Schülern mithilfe von Experimentierboxen selbständig geplant.

In der Zusammenfassung wird dann der ganze Produktionsweg noch einmal unter ökonomischen Gesichtspunkten betrachtet.

Lernziele

In Überarbeitung!

Geplante Experimente:

1.       Produktion von Ethanol (arbeitsteilig für drei verschiedene Zuckerarten)

2.       Ethanolgewinnung durch Destillation

3.       Konzentrationsbestimmung mittels Gaschromatographie

4.       Verdünnung auf die gewünschte Konzentration für den Betrieb der DEFC

Lernvoraussetzungen

In Überarbeitung! 

Anbindung an den Lehrplan

Mittelstufe (Biologie, Gymnasium)

Keine direkte, inhaltliche Anbindung an den Lehrplan der SI, es werden jedoch folgende prozessbezogene Kompetenzen aus dem Bereich Erkenntnisgewinnung angesprochen:

  • Die Schüler*innen beobachten und beschreiben biologische Phänomene und Vorgänge und unterscheiden dabei Beobachtung und Erklärung.
  • Die Schüler*innen erkennen und entwickeln Fragestellungen, die mit Hilfe biologischer Kenntnisse und Untersuchungen zu beantworten sind.
  • Die Schüler*innen führen qualitative und einfache quantitative Experimente und Untersuchungen durch und protokollieren diese.
  • Die Schüler*innen stellen Hypothesen auf, planen geeignete Untersuchungen und Experimente zur Überprüfung, führen sie unter Beachtung von Sicherheits- und Umweltaspekten durch und werten sie unter Rückbezug auf die Hypothesen aus.
  • Die Schüler*innen interpretieren Daten, Trends, Strukturen und Beziehungen, erklären diese und ziehen geeignete Schlussfolgerungen.
  • Des Weiteren ist es natürlich möglich, im Rahmen der Differenzierung in der Mittelstufe das Thema „alkoholische Gärung“ zu behandeln.

Mittelstufe (Chemie, Gymnasium)

Inhaltsfeld: Stoffe und Stoffveränderungen

  • Die SuS können Stoffeigenschaften zur Trennung einfacher Stoffgemische nutzen. 

Inhaltsfeld: Organische Chemie

  • Die SuS können Möglichkeiten der Steuerung chemischer Reaktionen durch Variation von Reaktionsbedingungen beschreiben. 

Mittelstufe (Biologie, Realschule)

Keine direkte, inhaltliche Anbindung an den Lehrplan der SI, es werden jedoch folgende prozessbezogene Kompetenzen angesprochen:

  • Die SuS können vorgegebene Versuche begründen und einfache Versuche selbst entwickeln.
  • Die SuS können Beobachtungen und Messdaten mit Bezug auf eine Fragestellung schriftlich festhalten, daraus Schlussfolgerungen ableiten und Ergebnisse verallgemeinern.
  • Die SuS können bei Untersuchungen und Experimenten Fragestellungen, Handlungen, Beobachtungen und Ergebnisse nachvollziehbar schriftlich festhalten.

Mittelstufe (Chemie, Realschule)

Inhaltsfeld: Stoffe und Stoffeigenschaften

Kompetenzen des Chemie-Lehrplanes:

  • Die SuS können einfache Trennverfahren fu?r Stoffe und Stoffgemische beschreiben. (UF1)
  • Die SuS können einfache Versuche (u. a. zur Trennung von Stoffen in Stoffgemischen unter Nutzung relevanter Stoffeigenschaften) planen und sachgerecht durchführen. (E4, E5)

Mittelstufe (Chemie, Hauptschule)

Inhaltsfeld: Stoffe und Stoffeigenschaften

Kompetenzen des Chemie-Lehrplanes:

  • SuS können einfache Trennverfahren für Stoffe und Stoffgemische beschreiben. (UF1)
  • Die SuS können einfache Versuche zur Trennung von Stoffen in Stoffgemischen unter Verwendung relevanter Stoffeigenschaften planen. (E4)
  • Die SuS können Stofftrennungen unter Verwendung sinnvoller Geräte sachgerecht durchführen und dabei Handlungen, Beobachtungen und Ergebnisse nachvollziehbar festhalten. (E5, K3) 

Mittelstufe (Naturwissenschaften bzw. Chemie Gesamtschule)

Inhaltsfeld: Stoffe und Geräte des Alltags (5)

bzw. Inhaltsfeld Stoffe und Stoffeigenschaften (1)

Kompetenzen des NW- bzw. Chemie-Lehrplanes:

  • Die SuS können einfache Versuche zur Trennung von Stoffen in Stoffgemischen planen und sachgerecht durchführen und dabei relevante Stoffeigenschaften nutzen. (E4, E5)

Oberstufe (Gymnasium/Gesamtschule):

Inhaltsfeld 2: Energiestoffwechsel

Kompetenzen des SII-Lehrplanes:

  • Die SuS überprüfen Hypothesen zur Abhängigkeit der Gärung von verschiedenen Faktoren (E3, E2, E1, E4, E5, K1, K4), 

Lernform

Experimentierboxen, Gruppenarbeit (meist 2er Gruppen)

Fachrichtung

Biologie, Chemie

Zielgruppe

Jahrgangsstufe: 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, EF, Q1, Q2

Teilnehmeranzahl

Min. 10 Personen

Max. 30 Personen

Beginn - Ende

08:30 Uhr - ca. 16:00 Uhr

Kosten

7,00 € pro Person inklusive eines warmen Mittagessens

Termine und Anmeldung

Hier.