Prinzipien der Elementarisierung - Fachbereich Chemie
Prinzipien der Elementarisierung - Fachbereich Chemie
Prinzipien der Elementarisierung - Fachbereich Chemie
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MODUL 3B<br />
SCHÜLERGERECHTES<br />
EXPERIMENTIEREN<br />
Fachdidaktik <strong>Chemie</strong> SS 13<br />
<strong>Fachbereich</strong> <strong>Chemie</strong><br />
Studiengang: Bachelor of Education<br />
TU Kaiserslautern
Än<strong>der</strong>ung: Bewertung Modul 3a/3b<br />
Modul 3b ist benotet, für die Studierenden die Modul 3 zum zweiten Mal hören<br />
Für ein erfolgreiches Bestehen des Moduls müssen folgende Kriterien erfüllt sein:<br />
1. die fristgerechte Erfüllung aller Aufgaben (auch Tutoring).<br />
2. ihre aktive Mitarbeit im Seminar.<br />
3. ihre Anwesenheit im Praktikum, beim BeiBringBasar, an ihrem kompletten<br />
Vortragstag und Seminartagen.<br />
4. Vorbereitung und Durchführung des „Schülerexperimentiervormittags“<br />
5. Beide Teile: Vortrag und Ausarbeitung müssen einzeln bestanden sein<br />
Modul 3a ist unbenotet (für alle die Modul 3, Teil 1(a) absolvieren)<br />
Modul 3b ist benotet (für alle die Modul 3, Teil 2 (b) absolvieren)<br />
Die Gesamtnote setzt sich aus dem bestandenen Vortrag (Vortragsleistung :<br />
Notenstufung + 0,3 o<strong>der</strong> - 0,3 o<strong>der</strong> 0) und <strong>der</strong> Note <strong>der</strong> Ausarbeitung zusammen.
DIDAKTISCHE ANALYSE<br />
Warum und wozu unterrichte ich<br />
dieses Thema?<br />
In <strong>der</strong> didaktischen Analyse wird das in <strong>der</strong><br />
Sachanalyse fachwissenschaftlich dargestellte<br />
Thema durch didaktische Überlegungen zum<br />
„Unterrichtsgegenstand“ transformiert/elementarisiert
DIDAKTISCHE ANALYSE<br />
Analyse des Lehrplans<br />
Analyse <strong>der</strong> Bedeutung des Themas für die Fachwissenschaft, für die<br />
Industrie und für die Gesellschaft (Fachrelevanz, Gesellschaftsrelevanz).<br />
Analyse <strong>der</strong> Bedeutung für die Schülerinnen und Schüler und ihren Alltag<br />
(Schülerrelevanz, Alltagsrelevanz)<br />
Analyse <strong>der</strong> Bedeutung des Themas im Rahmen <strong>der</strong> Schulchemie<br />
(Fachrelevanz)<br />
Analyse des Vorverständnisses und <strong>der</strong> Vorerfahrungen <strong>der</strong> Schülerinnen<br />
und Schüler mit <strong>der</strong> daraus resultierenden didaktischen <strong>Elementarisierung</strong>.<br />
Worin liegen die Verstehens-Schwierigkeiten und was erschwert das Lehren<br />
und Lernen des „Gegenstands“? Wie kann ich diese Probleme vermeiden.
DIDAKTISCHE ANALYSE<br />
Analyse <strong>der</strong> Zugangsmöglichkeiten zu diesem Thema – mit einer<br />
Begründung <strong>der</strong> Entscheidung für den gewählten Weg (Didaktische<br />
<strong>Prinzipien</strong>, Fasslichkeit (didaktische Regeln), genetische Orientierung.<br />
Analyse möglicher Experimente<br />
(warum habe ich mich für dieses Experiment entschieden?)
<strong>Elementarisierung</strong><br />
6<br />
Elementare<br />
das Grundlegende<br />
das Allgemeine<br />
das Einfache<br />
Urform<br />
Urkraft<br />
Synonyme:<br />
• didaktische Reduktion<br />
• didaktische Transformation<br />
• Gegenstandsaufbereitung<br />
• Vereinfachung<br />
• Isolierung <strong>der</strong> Schwierigkeiten<br />
• Fasslichkeit
<strong>Elementarisierung</strong><br />
7<br />
<strong>Elementarisierung</strong> bedeutet nicht:<br />
-Simplifizierung<br />
-Trivialisierung<br />
-Ausdünnung des Lehrstoffes auf ein „erträgliches“ Maß
<strong>Elementarisierung</strong><br />
8<br />
…..das Kernstück <strong>der</strong> Unterrichtsvorbereitung (Bleichroth, 1991)<br />
„Bringe den Gegenstand o<strong>der</strong> Sachverhalt (…), über den<br />
unterrichtet werden soll, auf ein Anfor<strong>der</strong>ungsniveau, das mit dem<br />
Auffassungsvermögen und <strong>der</strong> geistigen Leistungsfähigkeit deiner<br />
Schüler entspricht.<br />
Dabei darf das Ziel, den „Kern“ <strong>der</strong> Sache zu erfassen, nicht aus<br />
dem Auge verloren werden. Zu bedenken ist außerdem, dass<br />
Lernen als ein Aufbauvorgang zu verstehen ist, <strong>der</strong> sich in <strong>der</strong><br />
Folge einzelner Schritte vollzieht.“
9<br />
<strong>Elementarisierung</strong>
<strong>Prinzipien</strong> <strong>der</strong> <strong>Elementarisierung</strong><br />
10<br />
Fachliche Richtigkeit:<br />
fachchemische Erkenntnisse müssen mit dem bisherigen Wissen <strong>der</strong><br />
Schülerinnen und Schüler wi<strong>der</strong>spruchsfrei sein.<br />
Darstellungsniveau des Lehrenden muss dem Kenntnisstand des Lernenden<br />
angepasst sein.
<strong>Prinzipien</strong> <strong>der</strong> <strong>Elementarisierung</strong><br />
11<br />
Animistische Hilfsvorstellungen:<br />
Beseelung <strong>der</strong> unbelebten Natur
<strong>Prinzipien</strong> <strong>der</strong> <strong>Elementarisierung</strong><br />
12<br />
Anthropomorphisierende Hilfsvorstellungen (Vermenschlichung<br />
emotionale Eigenschaften): „Elektronen liebend“, „geht gerne Verbindungen ein“<br />
etc….<br />
mehr "emotionale<br />
Komponenten" in den<br />
Unterricht mit<br />
einzubringen,<br />
Sprache (in Maßen)<br />
schülergerecht und<br />
altersgemäß<br />
einzusetzen und<br />
den Unterricht (auch<br />
sprachlich) lebendig zu<br />
gestalten.<br />
es würde sich um<br />
Vorstellungen aus völlig<br />
wesensfremdem<br />
Bereich handeln,<br />
sie würden Schüler mit<br />
emotionalen Bezügen<br />
"belasten" und<br />
fachangemessenes<br />
Verständnis für lange<br />
Zeit blockieren.<br />
Ein beson<strong>der</strong>s inniges Paar bilden Chloridionen (das sind die negativen Teilchen im Kochsalz)<br />
und Protonen (das sind positiv geladene Wasserstoffatome, die sehr viel kleiner sind als<br />
gewöhnliche Atome und die für den sauren Geschmack von Zitronensaft, Magensäure, Cola<br />
u.s.w. verantwortlich sind), genannt Chlorwasserstoff.
<strong>Elementarisierung</strong>smaßnahme ?<br />
13<br />
Ionenfänger Die Piranhas hier SIND<br />
das Wasser. Sie symbolisieren die<br />
Wassermoleküle: Dipole mit einer<br />
negativen Partialladung am "Kopf"<br />
und zwei positiven Partialladungen am<br />
"Schwanz". Insgesamt ist die<br />
Partialladung an einem<br />
Wassermolekül dann aber<br />
ausgewogen.<br />
Diese Dipol-Piranhas treffen nun auf<br />
eine eingeschüchterte Kolonne von<br />
Salzionen.<br />
Juchhu, das ist ein gefundenes<br />
Fressen für die Wasser-Piranhas: Die<br />
Kationen umkreisen sie mit gieriger<br />
Schnauze, die Anionen umwedeln sie<br />
mit positiver Flosse.<br />
Und mit ergebener Mine begibt sich<br />
Ion für Ion in Lösung: Das ehemals<br />
feste Salz löst sich im polaren<br />
Lösungsmittel Wasser.<br />
..................................<br />
Quelle: http://www.mennel.net/chemie/galerie14.htm; Zugriff 30.04.2013
<strong>Elementarisierung</strong>smaßnahme ?<br />
14<br />
Hier sind wir mitten im<br />
Reaktionsgetümmel <strong>der</strong> <strong>Chemie</strong>: Ein<br />
Oxidationsmittel sammelt<br />
Elektronen - es oxidiert also seine<br />
Bindungspartner. Diese verlieren ihre<br />
Elektronen. Ihre Oxidationszahl wird<br />
dadurch positiver. Die Oxidationszahl<br />
des Oxidationsmittels wird<br />
entsprechend negativer. Warum<br />
dieses plussige und minussige Spiel?<br />
Weil ein Oxidationsmittel gieriger<br />
Elektronen sammelt als die bisherigen<br />
Bindungspartner in einer Verbindung<br />
mit <strong>der</strong> höheren Elektronegativität.<br />
Dabei entstehen stabilere<br />
Verbindungen, zumeist exotherm, und<br />
hinterlassen ein reduziertes<br />
ehemaliges Oxidationsmittel.<br />
.........................................<br />
Quelle: http://www.mennel.net/chemie/galerie14.htm; Zugriff 30.04.2013
<strong>Elementarisierung</strong>smaßnahme ?<br />
15<br />
Hier lernen die Ionen den Paartanz. Und<br />
das gefällt ihnen. Ein bisschen sportlicher<br />
Wettkampf - Das Chlor feuert das Natrium<br />
an.<br />
Und dann die Paarung: aggressives<br />
Natrium, zickiges Chlor - doch wenn sie<br />
sich gefunden haben, entsteht ein neuer<br />
Stoff mit neuen chemischen<br />
Kennzeichen - das friedliche Kochsalz.<br />
Und wenn wir das Paar aus Chlor-Anion<br />
und Natrium-Kation nicht unter hohem<br />
Energieaufwand getrennt haben, dann<br />
schmecken sie noch heute salzig.<br />
Quelle: http://www.mennel.net/chemie/galerie14.htm; Zugriff 30.04.2013
<strong>Prinzipien</strong> <strong>der</strong> <strong>Elementarisierung</strong><br />
16<br />
Fachliche Ausbaufähigkeit „Anschlussfähigkeit des Wissens“<br />
bedeutet:<br />
Beim Lehren von Inhalten sollte darauf geachtet werden, dass neues<br />
Wissen darauf aufgebaut werden kann (Atommodelle).<br />
Beispiele und Modelle so wählen, dass kein „Umlernen“ erfor<strong>der</strong>lich ist…<br />
Angemessenheit<br />
Um einen Unterricht zu planen ist es wichtig das Vorwissen und den<br />
Leistungsstand <strong>der</strong> Lerngruppe zu kennen.
<strong>Prinzipien</strong> <strong>der</strong> <strong>Elementarisierung</strong><br />
17<br />
Dem Lernenden muss je<strong>der</strong>zeit<br />
bewusst sein , dass man sich Modellen<br />
bedient, die<br />
‣historisch gewachsen sind<br />
‣aufeinan<strong>der</strong> aufbauen<br />
‣sich ablösen, weil sie sich als<br />
untauglich erweisen o<strong>der</strong><br />
‣mit <strong>der</strong> Zeit verfeinert werden,<br />
weil neue Erkenntnisse dies<br />
erfor<strong>der</strong>n und möglich machen.<br />
Klasse 9/10<br />
Klasse 5/6<br />
Atome verbinden sich zu Molekülen<br />
Bohrsches Schalenmodell<br />
Rutherfords Kern-Hülle Modell<br />
Atome bestehen aus Protonen und<br />
Elektronen<br />
Atome besitzen eine Masse<br />
Dalton: Atome sind unteilbare,<br />
kugelförmige, nach außen<br />
elektrisch neutrale Teilchen<br />
Stoffe bestehen aus Teilchen
<strong>Elementarisierung</strong>smaßnahmen<br />
18<br />
•Vereinfachung des Sachverhalts<br />
•Generalisierung des Sachverhalts<br />
•Vereinfachung <strong>der</strong> Begründung<br />
•Verzicht auf begriffliche Differenzierung<br />
•Anlehnen an „historische Zwischenergebnissen“<br />
•Anlehnen an überzeugenden Musterbeispielen<br />
•Veranschaulichung durch einfache Experimente<br />
•Verzicht auf quantitative Formulierung<br />
•….<br />
Lerninhalte von „unnötigen Ballast“ befreien<br />
Lerninhalte stufengerecht aufbereiten<br />
Lerninhalte für den Lernenden fassbar machen
<strong>Elementarisierung</strong>smaßnahmen<br />
19<br />
Vernachlässigung<br />
(Vorerst) nebensächliche Effekte o<strong>der</strong> Informationen<br />
werden (noch) nicht betrachtet<br />
z. B. Einführen von Reaktionsgleichungen<br />
Schüler erfahren zunächst nichts über:<br />
Reaktionszwischenstufen<br />
Aktivierungsenergie zum Starten <strong>der</strong> Reaktion<br />
Gleichgewichtslage<br />
Lösungsmittel etc.
<strong>Elementarisierung</strong>smaßnahmen<br />
20<br />
Vernachlässigung<br />
Vernachlässigung begrifflicher Differenzierung<br />
Wissenschaft<br />
Schüler<br />
Temperatur<br />
Hitze, Wärme<br />
Umwandlung<br />
Verbrauch von Stoff und Energie<br />
Unterscheidung in Begriffsebenen<br />
Verbrennung = Oxidation<br />
Luftblasen = Gasblasen<br />
aggressive Stoffe = Säure<br />
Teilchen = Atom, Molekül; Ion
<strong>Elementarisierung</strong>smaßnahmen<br />
21<br />
Beschränkung auf qualitative Ebene<br />
Chemische Reaktionen – Wortgleichungen<br />
Nachweisreaktionen nur phänomenologisch z.B. Kohlenstoffdioxid-<br />
Nachweis mit Kalkwasser<br />
Rückgriff auf historische Erkenntnisstufen<br />
Stoffbezeichnungen: Pottasche statt Kaliumcarbonat<br />
Maßeinheiten: cal statt J<br />
Größenbegriffe: (Molekulargewicht statt molare Masse)
<strong>Elementarisierung</strong>smaßnahmen<br />
22<br />
Rückgriff auf historische Erkenntnisstufen<br />
Atombau:<br />
400 v Chr: Demokrit Atome existieren<br />
1803 Dalton Kugelmodell<br />
1903 Thomson Rosinenkuchenmodell<br />
1911 Rutherford Kern-Hülle-Modell<br />
1913 Bohr Schalenmodell<br />
1926 Schrödinger Wellenmechanisches Atommodel<br />
Orbitalmodell
<strong>Elementarisierung</strong>smaßnahmen<br />
23<br />
Vernachlässigung durch bildhaft-symbolische Darstellungen
<strong>Elementarisierung</strong>smaßnahmen<br />
24<br />
Partikularisierung<br />
Zunächst wird nur ein Teilaspekt betrachtet, <strong>der</strong> zu grundlegenden<br />
Erkenntnissen und Gesetzmäßigkeiten führt<br />
z.B. Anorganische <strong>Chemie</strong> glie<strong>der</strong>t sich in mehrere komplexe Begriffsbündel auf:<br />
-Säure/Base/Salze<br />
-Oxidation / Reduktion / Redoxreaktionen<br />
-chemische Bindung/Verbindungsklassen/zwischenmolekulare Kräfte<br />
Diese können nur durch Einstiege über Teilaspekte bewältigt werden:<br />
-Sauerstoffsäuren nach Arrhenius<br />
-Reaktion von Metallen mit Sauerstoff<br />
-Atombindung im idealen Gas<br />
Kriterium <strong>der</strong> Entwicklungsfähigkeit muss gewährleistet sein
<strong>Elementarisierung</strong>smaßnahmen<br />
25<br />
Generalisieren<br />
Treffen von allgemeingültigen Aussagen…..<br />
-Definition Oxid : verbindet sich ein Element mit Sauerstoff, so entsteht ein Oxid<br />
-Feststoffe, Flüssigkeiten und Gase dehnen sich bei Erwärmung aus (Anomalie<br />
des Wassers)<br />
-Gesetze (Erhaltung <strong>der</strong> Masse, konstante Proportionen)<br />
-PSE: Elemente sind nach bestimmten Kriterien (Ionenradien, Elektronegativität,<br />
etc. geordnet)
Horizontale <strong>Elementarisierung</strong><br />
26<br />
Bei <strong>der</strong> horizontalen <strong>Elementarisierung</strong> (Darstellungselementarisierung)<br />
wird am fachlichen Sachverhalt nichts verän<strong>der</strong>t.<br />
Die <strong>Elementarisierung</strong> besteht darin, das abstrakte Aussagen<br />
anschaulich durch Hilfsmittel, wie Skizzen, Bil<strong>der</strong>, Versuche Filme o<strong>der</strong><br />
an<strong>der</strong>e Methoden erläutert werden
Vertikale <strong>Elementarisierung</strong><br />
27<br />
Die vertikale <strong>Elementarisierung</strong> ist die "eigentliche" didaktische <strong>Elementarisierung</strong>.<br />
Hierbei wird <strong>der</strong> Gültigkeitsumfang einer wissenschaftlich korrekten Aussage von<br />
Stufe zu Stufe eingeengt.<br />
Lerngegenstand auf den „Verstehenshorizont“ <strong>der</strong> Lernenden zu transformieren.<br />
Für den Lehrenden stellt sich dabei die didaktische <strong>Elementarisierung</strong> als eine<br />
ständige Gratwan<strong>der</strong>ung zwischen "Gültigkeit" <strong>der</strong> Aussage einerseits und ihrer<br />
"Fasslichkeit" bzw. Verstehbarkeit an<strong>der</strong>erseits dar.
Entscheidungsschritte zur <strong>Elementarisierung</strong><br />
28<br />
1. Durch welche Sachstruktur (Begriffe, Aspekte, Elemente) ist die Komplexität des<br />
Inhalts bestimmt? (= Sachanalyse)<br />
2. Welche Strukturbestandteile sind von zentraler und welche von weniger zentraler<br />
Bedeutung, um die Struktur des Gegenstandes verstehen zu können? (= didaktische<br />
Strukturierung)<br />
3. Welche Strukturbestandteile können von den Adressaten verstanden werden, welche<br />
nicht?<br />
4. Kann die Verständlichkeit durch Beispiele, Analogien, Erläuterungen und<br />
Veranschaulichungen erhöht werden? (horizontale <strong>Elementarisierung</strong>)<br />
5. Auf welche Bestandteile (zentrale, weniger zentrale) kann verzichtet werden, ohne den<br />
Gültigkeitsumfang <strong>der</strong> Grundaussagen einzuschränken? (vertikale <strong>Elementarisierung</strong>)<br />
6. Welche Einschränkungen des Gültigkeitsumfanges müssen in Kauf genommen werden<br />
und können verantwortet werden, um das Verständnis <strong>der</strong> elementaren Strukturaspekte<br />
des Gegenstandes zu gewährleisten? (=vertikale <strong>Elementarisierung</strong>)<br />
Sechs Fragen (nach: Arnold 1990)
Übung zur <strong>Elementarisierung</strong>: Thermitverfahren<br />
29<br />
Arbeitsauftrag:<br />
1. Ordnen Sie das Thermitverfahren in den Lehrplan ein<br />
2. Sachanalyse in Schlagworten<br />
3. <strong>Elementarisierung</strong>
30<br />
Beispiel: Hochofenprozess
Beispiel: Hochofenprozess<br />
31<br />
Modellhafte Darstellung<br />
Probleme:<br />
•Hohe Informationsdichte- aber nicht<br />
selbsterklärend<br />
•Viele Fachbegriffe die zudem mit<br />
Präkonzepten verbunden sind (Hund,<br />
Koks, Gicht….)<br />
•Abbildung mit „Ballast“<br />
‣K(l)eine <strong>Elementarisierung</strong>
Beispiel: Hochofenprozess<br />
32<br />
Quantitative Formulierung<br />
Kohlenstoff + Sauerstoff<br />
Kohlenstoffdioxid<br />
C + O 2 CO 2 DH R = -393 kJ/mol<br />
Kohlenstoffdioxid + Kohlenstoff<br />
Kohlenstoffmonooxid<br />
CO 2 + C 2 CO DH R = +171 kJ/mol<br />
Kohlenstoffmonooxid + Eisenoxid Kohlenstoffdioxid + Eisen<br />
3 CO + Fe 2 O 3 3 CO 2 + 2 Fe<br />
Wenig anschaulich<br />
Abstrakt<br />
Verlangt gute chemische Grundkenntnisse
33<br />
Beispiel: Hochofenprozess
Literatur<br />
34<br />
-konkrete Fachdidaktik <strong>Chemie</strong>; Pfeifer et.al.; Oldenburg Verlag<br />
- Onlineskripte <strong>der</strong> Fachdidaktik Uni Bayreuth; Walter Wagner<br />
- <strong>Chemie</strong>didaktik heute; Barke, Harsch; Springer-Verlag<br />
- Fachdidaktik <strong>Chemie</strong>; Becker et al.; Aulis-Verlag<br />
--Mitteilungen des SOFI, Göttingen 1990, S. 53-66 ; Rolf Arnold
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