Biotechnologie

Zielgruppe: Schulklassen der Jahrgangsstufe: 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, EF, Q1, Q2
Kategorie: Biologie, Chemie

Natürlich Raffiniert

Das Forschungszentrum Jülich gehört zum Kompetenzzentrum Bioökonomie Science Center (BioSC), das in einem integrativen Gesamtkonzept Forschung für eine nachhaltige Bioökonomie betreibt. Alle relevanten Wissenschaftszweige zur nachhaltigen Bereitstellung von Biomasse und biobasierten Produkten sowie Prozessen im Wertschöpfungsnetzwerk Bioökonomie werden in diesem Kompetenzzentrum integriert.

Die Schülerinnen und Schüler produzieren mit Hilfe von Saccharomyces cerevisiae Ethanol (klassische Alkoholische Gärung) und untersuchen dabei die Ethanolausbeute beim Einsatz unterschiedlicher Zucker. Sie bestimmen die Anzahl der Hefezellen und destillieren zur Aufreinigung einen Hefeansatz, um anschließend Messungen des Ethanolgehalts mit einem Gaschromatographen durchzuführen.

Zum Schluss betreiben die Schüler eine DEFC Brennstoffzelle mit ihrem aufgereinigten Ethanol.

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

In der Zusammenfassung wird dann der ganze Produktionsweg nocheinmal unter ökonmischen Gesichtspunkten betrachtet.

Zeit:

08:30 Uhr bis ca. 16:00 Uhr

Lernform:

Experimentierboxen
Gruppenarbeit
meist 2er Gruppen

Lernvoraussetzungen:

 

Die Schülerinnen und Schüler sollen...

  1. die verschiedenen Stoffklassen, insbesondere die Stoffklasse der Kohlenhydrate kennen und wissen, dass es verschiedene Arten von Zucker gibt.
  2. das Verfahren der Destillation als Methode der Stofftrennung kennen und erklären können.
  3. ... Chromatographie-Verfahren wie beispielsweise Papierchromatographie oder Säulenchromatographie als Methode der Stofftrennung kennen und erklären können.
  4. das wissenschaftspropädeutische Vorgehen kennen und wissen, warum man so vorgeht:
     - Problemstellung/Aufstellen von Hypothesen
    - Planen, Durchführen, Beobachten und Auswerten eines Versuches
    - Verifizieren bzw. Falsifizieren der Hypothesen
    - Planen, Durchführen, Beobachten und Auswerten eines Versuches
    - Verifizieren bzw. Falsifizieren der Hypothesen


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 SuS beobachten und beschreiben biologische Phänomene und Vorgänge und unterscheiden dabei Beobachtung und Erklärung.
  • Die SuS erkennen und entwickeln Fragestellungen, die mit Hilfe biologischer Kenntnisse und Untersuchungen zu beantworten sind.
  • Die SuS führen qualitative und einfache quantitative Experimente und Untersuchungen durch und protokollieren diese.
  • Die SuS 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 SuS 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 (Gy/Ge):

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),

 

Geplante Experimente:

Schritt 1:        Produktion von Ethanol (arbeitsteilig für drei verschiedene Zuckerarten)

 

Schritt 2:        Produktaufreinigung durch Destillation

                     Konzentrationsbestimmung mittels Gaschromatographie

                     Verdünnung auf die gewünschte Konzentration für den Betrieb der Turbine



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