Kunststoffe im Chemie-Unterricht

Mit der richtigen Form und Programmierung zaubert Dr. Kristina Hock aus Kunststoff-Strängen, wie sie sie in der Hand hat, über den 3-D-Drucker die Bausteine eines Molekularbaukastens für den Schulunterricht. Auf dem Ausgabetisch: ein (grünes) zweibindiges Atom, also beispielsweise Sauerstoff oder Schwefel. Foto: WH/BL

Nach einer längeren Pause hat die Lehreinheit Chemie am Hochschulstandort Recklinghausen ihre Fortbildungsreihe für Chemie-Lehrerinnen und -Lehrer wieder aufgenommen. Unter der Leitung von Prof. Dr. Rainer Ostermann beschäftigten sich im Juni rund 20 Lehrkräfte von nordrhein-westfälischen Schulen mit dem Thema „Kunststoffe im Chemie-Unterricht“.

(BL) Wie Schülerinnen und Schüler selbst im Chemie-Unterricht mit einem 3-D-Drucker einen Molekülbaukasten erstellen können, war das Thema von Michael Scheid und Kristina Hock von der „Didaktik der Chemie“ an der Ludwig-Maximilians-Universität in München. Bei ihnen konnten die Chemie-Lehrerinnen und -Lehrer lernen, wie sie mit Schülern zunächst ein Modell entwickeln und es dann in eine Negativform überführen, die sie dem 3-D-Drucker mit einem CAD-Programm in Maschinensprache beibringen, damit dieser aus Kunststoff-Strängen molekulare Bausteine „druckt“. „Das kann man sich vorstellen wie eine gesteuerte Heißklebepistole“, erklärte Michael Scheid die Vorgehensweise des 3-D-Druckers. Aus dem Drucker purzeln dann farbige Atome mit unterschiedlichen Bindungsbrücken sowie die Steckverbindungen, um Moleküle aufzubauen. Könnte man auch einfach als Baukasten kaufen, aber wenn Schülerinnen und Schüler das selbst machen, wiederholen sie am 3-D-Drucker ihr gesamtes chemisches Grund- und Vorwissen und lernen zugleich die 3-D-Produktionstechnik kennen. Sofern ein 3-D-Drucker an der Schule bereits vorhanden ist, können die Lehrkräfte das direkt als Projekt in den Unterricht einbauen. Prof. Dr. Rainer Ostermann bot aber auch an, Projektzeiten im Makerspace der Westfälischen Hochschule zu vermitteln oder 3-D-Drucker der Lehreinheit Chemie zeitweise für Projekte zu verleihen.

Nach dem chemischen Grundwissen mit dem Molekular-Baukasten folgte im Workshop von Dr. Ralf van Nek und Dr. Robert Wieczorek von der Koordinations- und Qualifikationsgruppe Chemie der Bezirksregierung Arnsberg die industrielle Anwendung von modernen Kunststoffen als Werkstoffe in der Automobilindustrie. „Wichtig dabei ist, dass die Schüler über den Alltagsbezug des Autos einen Sinnzusammenhang zu den Werkstoffen herstellen können“, so Wieczorek, „denn wenn man den Nutzen kennt, versteht man Zusammenhänge besser, merkt sie sich besser und kann sie mit anderem Wissen vernetzen.“ Beispielsweise mit Fragen des Automobil-Recyclings. Aus der Perspektive der Chemie ging es in diesem Workshop um die Vulkanisation zur Herstellung von Reifen, um die Polykondensation von Kunststoffgrundstoffen zu Nylon-Sitzbezügen oder in Form von Harz und Duroplast für Motorhauben sowie um die radikalische Polymerisation für Acrylglas über Scheinwerfern und Blinkern, die laut Straßenverkehrsordnung eigentlich „Fahrtrichtungsanzeiger“ heißen sollen.

Alle Versuche und Experimente verteilten sich über gut ein Dutzend Stationen, auf die sich die Lehrkräfte verteilten, sodass alle bei (fast) allen Lernschritten sich selbst in die Rolle ihrer Schülerinnen und Schüler hineindenken konnten, um die Experimentreihe dann später selbst durchführen zu können.

Die Workshops wurden am Nachmittag durch einen „Tag der Polymerchemie“ an der Hochschulabteilung Recklinghausen ergänzt. Prof. Dr. Joachim Roll erläuterte für interessierte Bachelor-Studierende der Chemie, welcher Master-Studiengang sich in Recklinghausen für sie nach dem ersten akademischen Grad anschließen kann. Ergänzt wurde das durch eine Posterpräsentation von Master-Studierenden und wissenschaftlichen Mitarbeitern. Prof. Dr. Klaus-Uwe Koch berichtete Neues aus seiner anwendungsbezogenen Forschung zu Haftschmelzklebstoffen. Den fachlichen Abschluss machte Alexander El Azzawi, Mitglied der „Gesellschaft Deutscher Chemiker“ (GDCh) und beruflich von der Evonik-Sparte Creavis in Marl. Er referierte zum „3-D-Druck“. Der Tag klang beim geselligen Versuch aus, durch kontrolliertes Erhitzen den optimalen Bratwurst-Geschmack ohne ungesunde Nebenprodukte zu erhalten: Irgendwie ist Grillen auch eine Frage der Chemie.