Diagnose und Korrektur von Schülervorstellungen

1. Seminar: Chemie Dienstag, den 29.05.2012 Diagnose und Korrektur von Schülervorstellungen

2. Gliederung 1. Einleitung - Klärung des Begriffes „Fehlvorstellung“- 2. Vermittlung von gültigen Vorstellungen 3.1. Der Säure-Base-Begriff 3.2. Das Teilchenkonzept und Modellbegriff 3.3. Stoffe und Eigenschaften 4. Umgang mit Fehlvorstellungen - (Concept Cartoons) 5. Fazit 6. Quellen

3. Einleitung Was sind Fehlvorstellungen? „ EineFehlvorstellung ist vermeintliches Wissen, das einem oder mehreren Grundsätzen naturwissenschaftlichen Denkern widerspricht. Sie kann im nicht institutionalisierten oder institutionalisierten Bereich erworben werden.“ (nach Barke)

4. Einleitung „Wenn Sie als Lehrer mehr diagnostische Fähigkeiten hätten, würden Sie viele der Probleme mit den Schülern und Schülerinnen gar nicht erst haben.“ (nach Professor Langthaler)

5. Einleitung Fachdidaktische Erhebungen zeigen Gegenteil Die meisten Schüler bringen zu vielen Sachverhalten aus der Natur und dem Alltag ihre eigenen Vorstellungen mit. Prof. Dr. Hans-Dieter Barke (Uni Münster) Forschungsinteressen: - Modelle und Modellvorstellungen - Entwicklung eines Curriculums für den Chemieunterricht

6. Einleitung - Fehlvorstellungen der Schüler

7. auch: ursprüngliche oder alternative Vorstellungen Schüler machen Beobachtungen im Alltag und ziehen angemessene logische Rückschlüsse 17. Jhd.: Kopernikus‘ heliozentrisches Weltbild 19. Jhd.: Liebig verifiziert Fotosynthese Präkonzepte

8. H2O Woraus besteht Wasser?

9. … ein physikalischer oder ein chemischer Vorgang? NaOH + H2O  Na+ + OH- + H2O I exotherm Das Lösen von Stoffen in Wasser

10. HCl + NaOH  NaCl + H2O H+(aq)+ Cl-(aq) + Na+(aq) + OH-(aq)  Na+(aq) + Cl-(aq) + H2O(l) Neutralisationsgleichung

11. Sprachliche Ungenauigkeit „Das haben wir schon immer so gemacht“ Symbolsprache ungenügend differenziert Komplexität des Themas Begrenzte Stundenzahl Hausgemachte Fehlvorstellungen

12. Alltagssprache Einflüsse der Medien und der Werbung  Ziel: SuS sollen kritisch reflektieren können Schülervorstellungen und Umgangssprache

13. Einleitung Schülervorstellung (Präkonzepte) Wissen, das Lernende aus dem Alltag mitbringen (oft Fehlvorstellungen). Vorwissen Wissen, das Lernende aus vorausgegangenen Jahrgangsstufen mitbringen.  Auch hier kommt Fehlvorstellungen „lehrerinduzierte Lernschwierigkeiten"  Hausgemachte FV  Aufgabe Chemiedidaktik: Vorschläge zur Verbesserung des Unterrichts bessere Ausbildung der Lehrer etc.

14. Vermittlung gültiger Vorstellungen „Aller Unterricht hat bei der Erfahrung der Kinder anzufangen“  Schüler sind keine „unbeschriebenen Blätter“.  Unterricht der vorhanden Vorstellungen nicht berücksichtigt  Schüler nur für die Arbeit lernen  kehren danach wieder zu ihren alten und vertrauten Vorstellungen zurück  Vorstellungen der Schüler müssen bekannt sein, dass „ die Brücke von den ursprünglichen Vorstellungen zu den wissenschaftlichen Vorstellungen erfolgreich geschlagen werden kann.“

15. Vermittlung gültiger Vorstellungen Wichtig für den Vermittlungsprozess ist daher gemeinsam mit den Schülern zu reflektieren über …. … vorhandene Widersprüche innerhalb eigner Erklärungen der Schüler. … Widersprüche zwischen Präkonzepten und wissenschaftlichen Vorstellungen.

16. Vermittlung gültiger Vorstellungen … Möglichkeiten zum Abbau ursprünglicher Schülervorstellungen. … Möglichkeiten zum Aufbau tragfähiger und fachgerechter Beschreibungen.  Fachsprache ist dabei entscheidend

17. Fehlvorstellungen zum Säure-Base-Begriff

18. Säure-Base-BegriffAllgemein Im Laufe der Zeit wurden verschiedene Konzepte zur Säure-Base-Reaktion entwickelt Angefangen mit Boyle 17 Jhd.  Säuren sind Stoffe, die bestimmte Pflanzenfarbstoffe rot färben und Kalkstein lösen. Glauber, Lavoisier, Davy, Liebig und Arrhenius entwickelten weitere Konzepte, die auf den Erkenntnissen ihrer Zeit aufbauten.

19. Säure-Base-BegriffAllgemein Arrhenius (1864) – Säuren zerfallen in wässriger Lösung in positive Wasserstoff- Ionen und in negativ Säurerestionen. Basen zerfallen in positive Baserestionen und negative Hydroxidionen (OH-) Brönsted(1923) Aktuelles Säure-Base Konzept 1. Konzept auf Teilchen (nicht mehr Substanz) bezogen Säuren geben Protonen ab  Protonendonatoren Basen nehmen Protonen auf  Protonenakzeptoren

20. Säure-Base-BegriffFehlvorstellungen zum Begriff Aggressive Wirkung wird nur den Säuren nicht den Basen zugeschrieben „ Säuren ätzen, Säuren zerstören“ „ Essigsäure ist in der Chemie eine ätzende und gefährliche Substanz, im alltäglichen Gebrauch nicht.“ „ Säuren sind ätzend, gefährlich, gelb, rot und sauer“  pH-Wert mit integriert aber falsch verstanden

21. Säure-Base-BegriffFehlvorstellungen zum Begriff Schüler erläutern bei Fragen zum Säure-Base Begriff meist nur die Säuren  Basen werden weggelassen Angelernte Konzepte: Säuren enthalten H+ (Arrhenius) 15% Säuren geben Protonen ab (Brönsted) 30% Definitionen werden gelernt aber nicht richtig verstanden

22. Säure-Base-BegriffFehlvorstellungen zum Begriff Beispiel Schüler aus Klasse 11 und 12 verwenden meist Brönsted Säure-Base Definition. - Basen werden jedoch nach Arrhenius interpretiert (OH-)  Vertauschen der beiden Theorien  Wissen demnach nicht tief verankert, kein Transfer möglich

23. Säure-Base-BegriffUnterrichtsvorschläge Aggressive Wirkung von Basen  nicht nur Säuren sind aggressiv (V 7.4 Abflussfrei Rohrreiniger) Keine Vernichtung von Stoffen (V 7.1 Zucker reagiert mit Schwefelsäure V 7.3 Kalkentferner)  Säuren vernichten nichts sondern reagieren Bezug zum Alltag soll hergestellt werden d.h. verdünnte Säuren sind nützlich (Magensäure, Essigsäure etc…)

24. Säure-Base-BegriffUnterrichtsvorschläge Was soll nun im Unterricht unterrichtet werden? (Lehrplan 9G.2) Arrhenius (Substanz-bezogen) Brönsted (Teilchen-bezogen) Genetische Entwicklung beider Konzepte  historisch orientiert

25. Säure-Base-BegriffUnterrichtsvorschläge Frühe Einführung von Brönsted Säuren: Donator-Teilchen Basen: Akzeptor-Teilchen Wichtig: Konsequente Nutzung von Fachsprache und richtige Darstellung an der Tafel!!!

26. Säure-Base-BegriffUnterrichtsvorschläge Einstieg: Reaktion von HCl-Gas in Wasser Keine frei existierenden H+ Ionen (nach Arrhenius) IMMER Hydroniumionen Erste Fehlvorstellung beseitigt Gezieltes Üben

27. Säure-Base-BegriffReine Säuren und saure Lösungen Modellvorstellung von Schülern zur Verdünnung von Schwefelsäure

28. Säure-Base-BegriffReine Säuren und saure Lösungen 10% richtige Schülerantworten (Ionen) 45% gehen vom Verdünnungseffekt aus (siehe Zeichnung) 30% keine Antwort 15% viele weitere Antworten (pH-Wert, Dichte, Reaktionsfreudigkeit etc.) Dissoziation meist unverstanden

29. Säure-Base-BegriffReine Säuren und saure Lösungen WICHTIG: Nicht ausschließlich Verdünnungseffekt und Konzentrationsänderung der Teilchen!!! Entscheidend: Stark exotherme Reaktion zu neuen Teilchen! H2SO4 -Molekül + 2H2O  2H3O+(aq)-Ionen + SO42-(aq)-Ionen (reine Säuren immer als Molekül)

30. Säure-Base-BegriffStarke und schwache Säuren AUCH PROBLEMATISCH Begriff „schwache Säure“ meist mit niedriger Konzentration bzw. relativ hohem pH-Wert d.h. 4-5 verbunden schwach= schwach konzentriert??? LÖSUNG Schüler sollen durch Experiment erfahren, dass der Protolysegrad entscheidend ist (z.B. V7.17)

31. Säure-Base-BegriffStarke und schwache Säuren Gleiche Konzentration HCl, HAc und H2S  unterschiedliche pH-Werte Modellvorstellung von schwachen Säuren im Vergleich zu starker Salzsäure

32. Säure-Base-BegriffStarke und schwache Säuren Vorschlag für den Unterricht Experiment V7.17  siehe Abbildung pH-Werte im Vergleich V7.18  pH-Wert von HCl im Vergleich mit H2S gleicher Konzentration Lernziele:  Säurestärke entspricht nicht Konzentration  Starke Säuren geben leicht Protonen ab  Schwache Säuren geben nur schwer Protonen ab

33. Säure-Base-BegriffNeutralisation Reaktion von Salzsäure und Natronlauge 80% formal richtige Gleichung HCl + NaOH NaCl + H2O 50% sogar mit Ionensymbolen Allerdings 40% bilden NaCl ohne entsprechende Ionen anzuführen  einige geben sogar festes NaCl an nur 35% sagen „Neutralisationsreaktion“  viele Redoxreaktion, Titration

34. Säure-Base-BegriffNeutralisation

35. Säure-Base-BegriffNeutralisation Weitere Problematik Vorstellung: Nach Verdampfen ist NaCl fest  kein Ionengitter sondernNaCl Molekül

36. Concept Cartoons Diagnosemethode zur Feststellung von Fehlvorstellungen • Vorgestellt von Barke beim MNU Kongress 2008 • Ein an Schülervorstellungen orientiertes Unterrichtsverfahren - Gibt es zu jedem Basiskonzept

37. Welche Vorstellung trifft für eine neutrale Lösung zu?

38. Welche Vorstellung trifft für eine neutrale Lösung zu?

39. Concept Cartoons Vorteil • Der Lehrer kann an den verwendeten Argumenten Fehlvorstellungen erkennen und den nötigen Input geben • Schüler-Schüler-Interaktionen Nachteil - Keine individuelle Förderung von Schülern

40. Concept Cartoons • Wann eignen sie sich für den Unterricht? • Diagnose der Lerngruppe zu Beginn einer • Thematik bezüglich Fehlvorstellungen • oder Präkonzepten. • Reflexion am Ende einer Einheit zur • Festigung der korrekten Vorstellung. •  Argumentation gegen Fehlvorstellung

41. Concept Cartoons • Einbeziehung von Präkonzepten in die Vorbereitung • einer Unterrichtseinheit. •  Überlegung wie man die Fehlvorstellungen • korrigieren kann • Einbeziehung von hausgemachten Fehlvorstellungen in • die Vorbereitung einer Unterrichtseinheit. •  Überlegungen wie man diese korrigieren kann

42. Concept Cartoons Zusammenfassend • Präkonzepte und hausgemachte Fehlvorstellungen werden mit Hilfe von Concept Cartoons zur Kenntnis genommen. • Unterricht kann entsprechend aufgebaut werden. • Am Ende der Einheit wird das Concept Cartoon nochmals thematisiert.

43. Fazit • Schüler kommen mit eigenen Vorstellungen in den Unterricht • Fehlvorstellungen lassen sich NICHT mit einer einmaligen Behandlung ablösen  Es reicht nicht Fehlvorstellung als „falsch“ zu bezeichnen und durch „richtige“ Fakten zu ersetzen.  hartnäckiger langer Prozess

44. Fazit Wichtig ist, dass im Unterricht • (fehlerhafte) Alltagvorstellungen zu problematisieren. • Denkfehler zu identifizieren. • Richtige Vorstellungen wenn möglich experimentell überprüfen.  IMMER an Schülervorstellungen ansetzen!!!

45. Quellen Lehrplan Chemie G8 Barke, Hans-Dieter: Chemiedidaktik – Diagnose und Korrektur von Schülervorstellungen, Springer-Verlag Berlin Heidelberg, 2006

46. Internet-Quellen(Abgerufen am 27.05.2012) http://www.uni-muenster.de/imperia/md/content/didaktik_der_chemie/conceptcartoons.pdf http://www.uni-muenster.de/Chemie.dc/forschen/profbarke.html http://daten.didaktikchemie.uni-bayreuth.de/v_fachdidaktik/MM_SVO.htm http://lehrerfortbildung-bw.de/faecher/chemie/gym/fb2/modul7/4_bspl/2_cart/concept_cartoon.jpg

47. Ende Dankeschön für die Aufmerksamkeit!