Crocodile Clips

Simple Simulation Software

Testbericht von www.lehrer-online.de zu Crocodile Chemistry

von Thomas Schödel

Die Simulationsumgebung Crocodile Chemistry ist sehr gut geeignet für die Erarbeitung und Auffrischung chemischer Sachverhalte, für die Nutzung zur Binnendifferenzierung und für die gefahrlose Befriedigung des außerunterrichtlichen Forscherdrangs.

Schülerinnen und Schüler können aus einem breiten Spektrum vorgegebene virtuelle Versuche auswählen oder auch selbst "aufgebaute" Experimente durchführen. Das virtuelle Chemielabor enthält über 100 chemische Substanzen, die beliebig kombiniert werden können um herauszufinden, ob und wie sie miteinander reagieren. Zusätzlich zur Visualisierung der Reaktionsverläufe erhält man Hintergrundinformationen, wie zum Beispiel Reaktionsgleichungen und Massenbilanzen. Interessant sind die Möglichkeiten zur Simulation quantitativer Analysen. Als Messsensoren stehen virtuelle Thermometer, pH-Messgeräte, Kolbenprober, Waagen, Volt- und Amperemeter sowie Leitfähigkeitsmesser zur Verfügung. Auf Wunsch werden auch Volumina von Stoffen angezeigt. Es stehen Werkzeuge zur Verfügung, um die Versuchsaufbauten mit Kommentaren zu versehen.

Inhalte der Simulationsumgebung

Das nutzerfreundliche Lernprogramm verfügt über eine sehr gute Hilfefunktion und bietet gebrauchsfertige Simulationen, die in folgenden Bereichen eingesetzt werden können:

Säuren und Laugen
Säuren und Alkalimetalle, Indikatoren, Laugen und Neutralisation, Titrationsexperimente, Salze herstellen
Metalle
Metalle und Nichtmetalle, Alkalimetalle, Erdalkalimetalle, Metalle und die Reaktivitätsreihe, Korrosion, Übergangsmetalle
Reaktionsgeschwindigkeiten
Messung von Reaktionsgeschwindigkeiten, Reaktionsgeschwindigkeiten ändern, umkehrbare Reaktionen, Katalysatoren
Physikalische Chemie
physikalische Änderungen in Elementen und Verbindungen, Eigenschaften von Feststoffen, Flüssigkeiten und Gasen, Trennen von Gemischen, Wärmekapazität
Das Periodensystem
Einleitung, verschiedene Reaktionstypen, Trends im Periodensystem
Nichtmetalle und ihre Verbindungen
Wasserstoff, Stickstoff und Ammoniak, Düngemittel, Sauerstoff und seine Eigenschaften, Oxide, Schwefel und Schwefeldioxid, Schwefelsäure und Sulfate, Halogene, Chlor und seine Verbindungen, Edelgase

Einsatz von Crocodile Chemistry in der Schule

Wann sind virtuelle Experimente sinnvoll?

Wird der Computer in Zukunft zum wichtigsten Laborgerät im Chemieunterricht? Die Antwort ist natürlich "Nein". Obwohl die Crocodile-Chemistry-Experimente sehr durchdacht sind, können sie das tatsächliche Laborfeeling nicht ersetzen und trainieren auch nicht das Handling im Umgang mit Chemikalien, Geräten und Apparaturen. Auch die Teamarbeit wird nicht so gefordert und gefördert, wie dies bei Realexperimenten möglich ist. Für sehr gefährliche, kosten- oder zeitintensive Experimente sind interaktive Simulationen, wie sie Crocodile Clips bietet, aber die optimale Alternative. Im Gegensatz zur Videodarstellung agieren die Schülerinnen und Schüler nicht mehr nur als reine Wissenskonsumenten. Zudem können Demonstrationsversuche durch virtuelle Experimente sinnvoll ergänzt werden.

Realitätsnähe und kleine Schwächen

Das Programm zeichnet sich durch Realitätsnähe aus, hat jedoch auch kleinere Schwächen.

Die Ohren "beobachten" mit

Insbesondere die im Programmpaket enthaltenen fertigen Experimentieranordnungen ermöglichen einen schnellen Zugang zum virtuellen Experimentieren, bei dem auch die Ohren "beobachten" dürfen. Wenn Wasser fließt, ist das wohlvertraute Rauschen zu vernehmen und das Becherglas klirrt, wenn es versehentlich in die Abdampfschale fällt. Man hat sich in diesem Fall ungeschickt angestellt oder ganz einfach vergessen, das Becherglas einzuspannen. Erhitzt man eine Schwarzpulvermischung, so wird man Zeuge, wie eine virtuelle Abdampfschale zerspringt. Wer dabei seinen Augen alleine nicht trauen mag, wird spätestens von der begleitenden Geräuschkulisse überzeugt sein. (Der gleiche Effekt tritt auch ein, wenn man sich das Schwarzpulver selber zusammenmischt.)

Realitätsnähe

Titration von Phosphorsäurelösung gegen Natronlauge
Die Simulationen spiegeln den realen Ablauf von chemischen Reaktionen sehr gut wider. So weist zum Beispiel die Titrationskurve der simulierten Neutralisation von Phosphorsäurelösung mit Natronlauge (Abb. 1, Platzhalter bitte anklicken) nur die praktisch zu beobachtenden zwei Äquivalenzpunkte auf. Die Simulation berücksichtigt den Einfluss des Wasser-Puffersystems.

pH-Titrationskurve von HCl gegen NaOH
Einen groben Eindruck von der Interaktivität des Programms gewinnen Sie durch die GIF-Animation in Abb. 2. Bei der Titration einer starken Säure mit einer starken Base öffnen die Schülerinnen und Schüler eine virtuelle Bürette mit einem Schieber und beobachten den Meniskus sowie den Farbumschlag. Die Veränderung des pH-Wertes im Becherglas wird dabei gegen die Zeit aufgetragen.

Kleine Schwächen

Chemikalien und Experimente

Für die Einarbeitung in das Programm sollten Sie sich Zeit nehmen. Man findet sich zwar auf der aufgeräumten Programmoberfläche recht schnell intuitiv zurecht, ist allerdings vor kleineren Überraschungen nicht gefeit. So ist zum Beispiel der Stoff Schwefelsäure einmal unter dem Sammlungspunkt "Säuren und Basen" (als molare Lösung) und unter "Verschiedenen Reagenzien" (als konzentrierte Lösung) platziert. An einigen Stellen werden die Stärken von Simulationen gegenüber dem Realexperiment noch nicht voll ausgereizt. Möchte man zum Beispiel den unterschiedlichen Verlauf der Titrationsgrafen bei der Neutralisation von schwachen und starken Säuren mit starken Basen demonstrieren, ist dies nicht ohne "Umweg" möglich, da pro Experiment maximal eine Bürette zur Verfügung steht. Man kann sich aber leicht behelfen: Werden die Titrationen nacheinander durchgeführt und als Grafiken gespeichert, so lassen sich abschließend die Titrationsverläufe im Vergleich darstellen. Alternativ kann das Programm mehrfach gestartet werden. Die einzelnen Programmfenster lassen sich dann nebeneinander anordnen.

Animationen

Die in der Simulationsumgebung integrierte Option zur Visualisierung von Vorgängen im Teilchenbereich kann nur sehr begrenzt sinnvoll genutzt werden, da sie auf einem sehr einfachen Teilchenmodell basiert.

Stationenlernen, Binnendifferenzierung, außerunterrichtlicher Einsatz

Auf die Lizenzierung eines ganzen Klassenraums wird man wohl aus Kostengründen verzichten müssen (340 € für eine 5-Platz-Lizenz, 210 € für eine 5-Platz-Erweiterungslizenz). Mit einer 5-Platz-Lizenz verfügt man jedoch bereits über ein nützliches Werkzeug, mit dem Schülerinnen und Schüler in einer Gruppenarbeit oder im Rahmen eines Stationenbetriebes experimentieren können. Eine 5-Platz-Lizenz eignet sich zudem für die Binnendifferenzierung im Chemieunterricht und kann im außerunterrichtlichen Bereich von den Schülerinnen und Schülern in den EDV-Räumen der Schule für gefahrlose Experimente benutzt werden. Simulationsumgebungen könnten damit auch im Konzept künftiger Ganztagsschulen eine Rolle spielen, die ja nicht zum reinen Verwahrungs- oder Paukinstrument werden sollen.