diagnose und korrektur von schülervorstellungen seminar: chemie dienstag, den 29.05.2012

Diagnose und Korrektur von Schülervorstellungen

Seminar: Chemie Dienstag, den 29.05.2012

GliederungGliederung1. 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

EinleitungEinleitung

Was sind Fehlvorstellungen?Was sind Fehlvorstellungen?

„ Eine Fehlvorstellung ist vermeintliches Wissen, das einem

oder mehreren Grundsätzen naturwissenschaftlichen Denkern

widerspricht. Sie kann im nicht institutionalisierten oder

institutionalisierten Bereich erworben werden.“ (nach Barke)


„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)


- 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


- Fehlvorstellungen der Schüler

Präkonzepte

• 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

Woraus besteht Wasser?

H2O

Das Lösen von Stoffen in Wasser

… ein physikalischer oder ein chemischer Vorgang?

NaOH + H2O Na+ + OH- + H2O I exotherm

Neutralisationsgleichung

HCl + NaOH NaCl + H2O

H+(aq)+ Cl- (aq) + Na+(aq) + OH-(aq)

Na+(aq) + Cl-(aq) + H2O(l)

Hausgemachte Fehlvorstellungen

•Sprachliche Ungenauigkeit

•„Das haben wir schon immer so gemacht“

•Symbolsprache ungenügend differenziert

•Komplexität des Themas

•Begrenzte Stundenzahl

Schülervorstellungen und Umgangssprache

• Alltagssprache

• Einflüsse der Medien und der Werbung

Ziel: SuS sollen kritisch reflektieren können


- Schülervorstellung (Präkonzepte) Schülervorstellung (Präkonzepte)

Wissen, das Lernende aus dem Alltag mitbringen (oft Fehlvorstellungen).

- Vorwissen Vorwissen

Wissen, das Lernende aus vorausgegangenen Jahrgangsstufen

mitbringen. Auch hier kommt Fehlvorstellungen

„lehrerinduzierte Lernschwierigkeiten" Hausgemachte FV

Aufgabe Chemiedidaktik: Aufgabe Chemiedidaktik: Vorschläge zur Verbesserung des Unterrichts

bessere Ausbildung der Lehrer etc.

Vermittlung gültiger Vermittlung gültiger Vorstellungen 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.“


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.


… Möglichkeiten zum Abbau ursprünglicher

Schülervorstellungen.

… Möglichkeiten zum Aufbau tragfähiger und fachgerechter

Beschreibungen.

Fachsprache ist dabei entscheidend

Fehlvorstellungen zum Säure-Base-Begriff

Säure-Base-BegriffSäure-Base-BegriffAllgemein

Im Laufe der Zeit wurden verschiedene Konzepte zur

Säure-Base-ReaktionSäure-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.

Säure-Base-BegriffSäure-Base-BegriffAllgemein

ArrheniusArrhenius (1864) –

Säuren zerfallen in wässriger Lösung in positive Wasserstoff-

Ionen und in negativ Säurerestionen.

Basen zerfallen in positive Baserestionen und negative

Hydroxidionen (OH-)

BrönstedBrönsted (1923) Aktuelles Säure-Base Konzept

- 1. Konzept auf Teilchen (nicht mehr Substanz) bezogen- Säuren geben Protonen ab Protonendonatoren- Basen nehmen Protonen auf Protonenakzeptoren

Säure-Base-BegriffSäure-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


- 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


BeispielBeispiel

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

Säure-Base-BegriffSäure-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…)


Was soll nun im Unterricht unterrichtet werden?

(Lehrplan 9G.2)

- ArrheniusArrhenius (Substanz-bezogen)

- BrönstedBrönsted (Teilchen-bezogen)

- Genetische Entwicklung beider Konzepte

historisch orientiert


Frühe Einführung von Brönsted

- Säuren: Donator-Teilchen

- Basen: Akzeptor-Teilchen

Wichtig: Konsequente Nutzung von Fachsprache

und richtige Darstellung an der Tafel!!!


Einstieg: Reaktion von HCl-Gas in Wasser

Keine frei existierenden H+ Ionen (nach Arrhenius) IMMER Hydroniumionen Erste Fehlvorstellung beseitigt Gezieltes Üben

Säure-Base-BegriffSäure-Base-BegriffReine Säuren und saure Lösungen

Modellvorstellung von Schülern zur Verdünnung von

Schwefelsäure


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


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)

Säure-Base-BegriffSäure-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)


Gleiche Konzentration HCl, HAc und H2S

unterschiedliche pH-Werte

Modellvorstellung von schwachen Säuren im Vergleich zu

starker Salzsäure


Vorschlag für den UnterrichtVorschlag 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: Lernziele:

Säurestärke entspricht nicht Konzentration

Starke Säuren geben leicht Protonen ab

Schwache Säuren geben nur schwer Protonen ab

Säure-Base-BegriffSäure-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


Weitere Problematik

Vorstellung: Nach Verdampfen ist NaCl fest

kein Ionengitter sondern NaCl Molekül

Concept CartoonsConcept Cartoons

DiagnosemethodeDiagnosemethode zur Feststellung von Fehlvorstellungen

- Vorgestellt von Barke beim MNU Kongress 2008

- Ein an Schülervorstellungen orientiertes

Unterrichtsverfahren

- Gibt es zu jedem Basiskonzept

Welche Vorstellung trifft für eine Welche Vorstellung trifft für eine neutrale Lösung zu?neutrale Lösung zu?


VorteilVorteil

- Der Lehrer kann an den verwendeten

Argumenten Fehlvorstellungen erkennen

und den nötigen Input geben

- Schüler-Schüler-Interaktionen

NachteilNachteil

- Keine individuelle Förderung von Schülern


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


- 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


ZusammenfassendZusammenfassend- 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.

FazitFazit

- 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

FazitFazit

Wichtig ist, dass im Unterricht

- (fehlerhafte) Alltagvorstellungen zu problematisieren.

- Denkfehler zu identifizieren.

- Richtige Vorstellungen wenn möglich experimentell überprüfen.

IMMER an Schülervorstellungen ansetzen!!!

QuellenQuellen

Lehrplan Chemie G8

Barke, Hans-Dieter: Chemiedidaktik – Diagnose und

Korrektur von Schülervorstellungen, Springer-Verlag Berlin

Heidelberg, 2006

Internet-QuellenInternet-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

EndeEnde

Dankeschön für die Aufmerksamkeit!Dankeschön für die Aufmerksamkeit!

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