Diagnose und Korrektur von Schülervorstellungen 2. 11. 2010

1. Studienseminar für Gymnasien HeppenheimFachseminar ChemieLeitung: Herr Dr. GräberLiV Sven Sdorra Diagnose und Korrektur von Schülervorstellungen 2. 11. 2010

2. Alternative Schülervorstellungen und deren Überwindung Präkonzepte Hausgemachte Fehlvorstellungen • entstehen im Unterricht • Vermittlungsfehler im Unterricht • vermeidbar durch • bessere Ausbildung der Lehrer • Fortbildung der Lehrer • aus genauen Beobachtungen • durch logische Verknüpfungen • nicht zu verhindern! • „alternativ“ • „ursprünglich“ • vgl. historische Vorstellungen! • Nachhaltige Überwindung der Fehlvorstellungen!?! • Vermeidung traditioneller Irrwege • Einsetzen anderer Begriffsdefinitionen • besser überzeugende Experimente • Verwendung von Modellen und neuen Medien

3. Alternative Schülervorstellungen und deren Überwindung Ursprüngliche Schülervorstellungen • Alltagsvorstellungen oder lebensweltliche Vorstellungen • Ursprüngliche oder vorwissenschaftliche Vorstellungen • Alternative Vorstellungen • Präkonzepte oder Misconceptions Die nur durch Beobachtungen und logische Schlüsse gewonnenen Vorstellungen der Welt müssen aber nicht falsch sein! Thales- der Ursprung von allem ist Wasser. Darum schwimmt die Erde auf dem Wasser. Heraklid- der Weltprozess vollzieht sich als ewiges Werden. Demokrit- Das wahre Wesen des Seienden sind zahllose kleinste, mit den Sinnen nicht mehr wahrnehmbare Körperchen.

4. Alternative Schülervorstellungen und deren Überwindung Ursprüngliche Vorstellungen Die Sonne dreht sich um die Erde Zitate aus dem Alltag: „Im Osten geht die Sonne auf, im Süden nimmt sie ihren Lauf, im Westen wird sie untergehen, im Norden ist sie nie zu sehen.“ Der Tagbogen der Sonne ist der über dem Horizont verlaufende Teil ihres täglichen Umlaufs am Himmel. Alle Beobachter, die die Sonne unter dem gleichen Höhenwinkel messen, befinden sich auf einer kreisförmigen Standlinie mit dem Bildpunkt der Sonne als Kreismittelpunkt Kinder und Jugendliche beobachten, dass sich die Sonne relativ zu ihnen bewegt. Mit den im Alltag verwendeten Formulierungen ergibt sich für sie ganz logisch: Die Sonne dreht sich um die Erde!

5. Alternative Schülervorstellungen und deren Überwindung Ursprüngliche Vorstellungen Eine Wasserpfütze wird vom Sonnenstrahl aufgesogen • Ausgangssituation • An jenem Tag konnte man im Sportunterricht wegen der Pfützen auf dem Sportplatz nicht mit den Tennisbällen spielen. Zwei Tage später sind die Pfützen auf dem Sportplatz verschwunden. • Fragestellung • Das Wasser aus den Pfützen auf dem Schulhof ist verschwunden. Was ist aus diesem Wasser geworden? • Erklärungen der Schüler/innen • "Das Wasser ist in den Boden eingedrungen." - "Das Wasser ist in der Luft verschwunden: Das ist wie wenn man Wäsche zum Trocknen aufhängt." - "Die Sonne hat die Pfützen getrocknet." • "Der Sonnenstrahl hat das Wasser aufgesaugt." Den SuS ist kein Teilchenkonzept bekannt. Ohne dieses ist eine „Erhaltungsvorstellung“ schwer zu vermitteln. Verdampfen und anschließendes Kondensieren von Wasser kann den SuS als Hilfe dienen, die Aggregatszustandsänderung mit den (r) Teilchen(bewegung) zu verbinden. http://www.sonnentaler.net/aktivitaeten/materie/wasser/pfuetzenwasser/

6. Alternative Schülervorstellungen und deren Überwindung Ursprüngliche Vorstellungen Das Holz eines Baumes kommt aus dem Erdboden Lieuntenant First Borg fragte am 29. 5. 2008 im Sci-Fi-Forum „Hi!Als ich neulich über das Energiedefizit eines Lebewesens nachgedacht habe (es war eine Abnehmdiskussion) kam eine Frage auf... Ein Baum fängt ja auch nur als kleinerSamenkorn an... vielleicht Faustgroß? Keine Ahnung wie groß, aber verglichen mit dem ausgewachsenen Baum doch sehr klein. Nun, am Ende hat der Baum ja bestimmt seine paar Hundert Kg. wo nimmt der Baum all diese Masse her? Lässt sich so viel Masse an Mineralien im Boden finden? Und wenn dem so ist, warum sinkt der Boden nicht ab? Wenn die ganze Masse aus dem Boden in den Baum geht, fehlt das ja zwangsläufig darunter und der baum müsste absinken...Biologen an die Front!“ Umfragen zeigen, dass der Gedanke, die Masse eines Baumes käme aus dem Boden, die am weitesten verbreitete ist. Und dass, obwohl die Photosynthese in der 7. Klasse in Biologie behandelt wurde. Vorstellungen über einen Sachverhalt bleiben erhalten, auch wenn die wissenschaftliche Erklärung für den Sachverhalt längst behandelt wurde.

7. Alternative Schülervorstellungen und deren Überwindung Hausgemachte Fehlvorstellungen Komplexität Manche Sachverhalte sind so komplex, dass sie in wenigen Unterrichtsstunden nicht umfassend behandelt werden können. Diese Unvollständigkeit kann die Basis für Fehlvorstellungen sein. Beispiel: Elektronenpaarbindung Ionenbindung Wird die Elektronenpaarbindung sehr intensiv, die Ionenbindung kurz behandelt, erhält man auf die Frage: Welche Teilchen sind in einem Mineralwasser, das Calciumchlorid enthält? die Antwort: CaCl2-Moleküle!

8. Alternative Schülervorstellungen und deren Überwindung Hausgemachte Fehlvorstellungen Tradition Zitate aus dem Unterricht: „Wasser ist zusammengesetzt aus Wasserstoff und Sauerstoff“ „Kupfersulfid ist zusammengesetzt aus Kupfer und Schwefel“  Kupfersulfid enthält die Feststoffe Kupfer und Schwefel!?! Im Anfangsunterricht nur darauf hinweisen, dass Metall und Schwefel das jeweilige Metallsulfid bilden und dies aus der Verbindung wieder gewonnen werden kann?

9. Alternative Schülervorstellungen und deren Überwindung Hausgemachte Fehlvorstellungen Tradition Die Schulchemie unterscheidet traditionell: Chemische Reaktion Physikalischer Vorgang

10. Alternative Schülervorstellungen und deren Überwindung Hausgemachte Fehlvorstellungen Tradition Paradefall: Das Lösen von Salzen in Wasser und deren Rückgewinnung durch Abdampfen des Wassers  Physikalischer Vorgang!!! ABER: • Beispiel: NaOH in Wasser gelöst • - Lösung leitet den elektrischen Strom • hoher pH-Wert • sehr starke Wärmeentwicklung  exotherme Reaktion !?! • Änderung der elektronischen Struktur durch Komplexbildung • Ist es sinnvoll, Stoffumwandlungen in physikalische • und chemische Vorgänge einzuteilen?

11. Alternative Schülervorstellungen und deren Überwindung Unterrichtspraxis zur Vermittlung gültiger Vorstellungen - „Aller Unterricht hat bei der Erfahrung der Kinder anzufangen.“ - „Alle neuen Erfahrungen, die die Schüler im Unterricht machen, werden mit Hilfe bereits vorhandener Vorstellungen organisiert.“ - „Ohne ausdrückliches Abbauen falscher Vorstellungen werden keine tragfähigen neuen Vorstellungen erworben.“ - „Der Unterricht muss nicht lediglich von Unkenntnis zu Kenntnis leiten, er muss vielmehr vorhandene Kenntnisse durch andersartige Kenntnisse ersetzen.“ • „Der Chemieunterricht muss eine tragende Brücke von den • ursprünglichen Vorstellungen der Schüler zu den heute gültigen Vorstellungen schlagen.“ Welche sind das?  Diagnostik! • Warum soll ich das lernen? •  Eigene Erklärungen reichen nicht aus • Bereitschaft, den Unterricht nachzuvollziehen • Aufbau neuer Denkstrukturen

12. Alternative Schülervorstellungen und deren Überwindung Unterrichtspraxis zur Vermittlung gültiger Vorstellungen Vermittlungsprozess Was muss die Lehrkraft bei der Vorbereitung des Unterrichts reflektieren? • Vorhandene Widersprüche innerhalb eigener Erklärungen der SuS • Widersprüche zwischen Präkonzepten und wissenschaftlichen Vorstellungen • Widersprüche zu vorläufigen und sachgerechten Erklärungen experimenteller Phänomene • Möglichkeiten zum Abbau ursprünglicher Schülervorstellungen • Möglichkeiten zum Aufbau tragfähiger und fachgerechter Beschreibungen

13. Alternative Schülervorstellungen und deren Überwindung Unterrichtspraxis zur Vermittlung gültiger Vorstellungen Vermittlungsprozess Ein Wechsel von ursprünglichen zu „wissenschaftlichen“ Vorstellungen ist möglich, wenn: • Individuen die Gelegenheit gegeben wird, eigene Lernstrukturen individuell aufzubauen • Aktivität und Eigentätigkeit jedes Lernenden im Unterricht gegeben ist • ein „conceptualgrowth“ (eine Assimiliation) stattfindet oder • ein „conceptualchange“ (eine Akkomodation) stattfindet Piagets Stufen der Entwicklung Jean Piaget

14. Alternative Schülervorstellungen und deren Überwindung Schülervorstellungen und Umgangssprache Umgangs- und Alltagssprache bleibt den neu erworbenen Vorstellungen oft entgegengesetzt Der Brennstoff ist weg Flecken werden entfernt Energieverschwendung Energieverbrauch Strom wird verbraucht "Wie schwer bist du?" -- 75 Kilogramm." Energiesparen und Energieverlust • Man muss sichergehen, dass SuS mit der • Reflexion umgangssprachlicher Ausdrücke beginnen!  Kritikfähigkeit der SuS wird gestärkt (Kompetenzerwerb!) Reaktion auf Vorurteile gegenüber Chemie und Technik Reaktion auf mediale Unsachlichkeiten (Werbung!)

15. Alternative Schülervorstellungen und deren Überwindung Chemische Fachsprache auf verschiedenen Ebenen Fachsprache kann genau wie Alltagssprache zu Fehlvorstellungen führen, wenn: • der Modellbegriff den SuS nicht klar ist • die Fachsprache nicht angemessen differenziert wird hinsichtlich • der Stoffe • der Teilchen • der chemischen Symbole Wird z. B. die Neutralisation nur durch Reaktionsgleichungen beschrieben wie: so haben die SuS keine Chance, die Modellvorstellung der Reaktion zwischen Ionen als kleinsten Teil der Reaktion zu entwickeln.

16. Alternative Schülervorstellungen und deren Überwindung Chemische Fachsprache auf verschiedenen Ebenen Im Chemieunterricht stehen vor allem zwei Ebenen im Mittelpunkt: „macro“ Was man sehen, fühlen und riechen kann „representational“ Symbole, Formeln, Reaktionsgleichungen, Stöchiometrie, Tabellen und Graphen Zusammenhang? Vorstellungen über die submikroskopische Ebene? „submicro“ Atome, Ionen, Moleküle, Strukturen

17. Alternative Schülervorstellungen und deren Überwindung Chemische Fachsprache auf verschiedenen Ebenen „Chemical triangle“ nach Johnstone „macro“ Was man sehen, fühlen und riechen kann = Gang des Unterrichts „submicro“ Atome, Ionen, Moleküle, Strukturen „representational“ Symbole, Formeln, Reaktionsgleichungen, Stöchiometrie, Tabellen und Graphen

18. Alternative Schülervorstellungen und deren Überwindung Basiskonzepte für einen modernen Chemieunterricht Ingo Eilks: Neue Wege zum Teilchenkonzept– Oder: Wie man Basiskonzepte forschungs- und praxisorientiert entwickeln kann in „Naturwissenschaften im Unterricht – Chemie“, Themenheft Basiskonzepte, Heft 100/101 (2007)