diagnose und korrektur von schülervorstellungen seminar: chemie dienstag, den 29.05.2012
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Diagnose und Korrektur von Schülervorstellungen
Seminar: Chemie Dienstag, den 29.05.2012
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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
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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)
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EinleitungEinleitung
„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)
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EinleitungEinleitung
- 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
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EinleitungEinleitung
- Fehlvorstellungen der Schüler
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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
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Woraus besteht Wasser?
H2O
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Das Lösen von Stoffen in Wasser
… ein physikalischer oder ein chemischer Vorgang?
NaOH + H2O Na+ + OH- + H2O I exotherm
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Neutralisationsgleichung
HCl + NaOH NaCl + H2O
H+(aq)+ Cl- (aq) + Na+(aq) + OH-(aq)
Na+(aq) + Cl-(aq) + H2O(l)
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Hausgemachte Fehlvorstellungen
•Sprachliche Ungenauigkeit
•„Das haben wir schon immer so gemacht“
•Symbolsprache ungenügend differenziert
•Komplexität des Themas
•Begrenzte Stundenzahl
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Schülervorstellungen und Umgangssprache
• Alltagssprache
• Einflüsse der Medien und der Werbung
Ziel: SuS sollen kritisch reflektieren können
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EinleitungEinleitung
- 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.
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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.“
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Vermittlung gültiger Vermittlung gültiger Vorstellungen 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.
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Vermittlung gültiger Vermittlung gültiger Vorstellungen Vorstellungen
… Möglichkeiten zum Abbau ursprünglicher
Schülervorstellungen.
… Möglichkeiten zum Aufbau tragfähiger und fachgerechter
Beschreibungen.
Fachsprache ist dabei entscheidend
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Fehlvorstellungen zum Säure-Base-Begriff
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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.
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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
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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
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Säure-Base-BegriffSäure-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
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Säure-Base-BegriffSäure-Base-BegriffFehlvorstellungen zum Begriff
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
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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…)
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Säure-Base-BegriffSäure-Base-BegriffUnterrichtsvorschläge
Was soll nun im Unterricht unterrichtet werden?
(Lehrplan 9G.2)
- ArrheniusArrhenius (Substanz-bezogen)
- BrönstedBrönsted (Teilchen-bezogen)
- Genetische Entwicklung beider Konzepte
historisch orientiert
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Säure-Base-BegriffSäure-Base-BegriffUnterrichtsvorschläge
Frühe Einführung von Brönsted
- Säuren: Donator-Teilchen
- Basen: Akzeptor-Teilchen
Wichtig: Konsequente Nutzung von Fachsprache
und richtige Darstellung an der Tafel!!!
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Säure-Base-BegriffSäure-Base-BegriffUnterrichtsvorschläge
Einstieg: Reaktion von HCl-Gas in Wasser
Keine frei existierenden H+ Ionen (nach Arrhenius) IMMER Hydroniumionen Erste Fehlvorstellung beseitigt Gezieltes Üben
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Säure-Base-BegriffSäure-Base-BegriffReine Säuren und saure Lösungen
Modellvorstellung von Schülern zur Verdünnung von
Schwefelsäure
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Säure-Base-BegriffSäure-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
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Säure-Base-BegriffSäure-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)
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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)
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Säure-Base-BegriffSäure-Base-BegriffStarke und schwache Säuren
Gleiche Konzentration HCl, HAc und H2S
unterschiedliche pH-Werte
Modellvorstellung von schwachen Säuren im Vergleich zu
starker Salzsäure
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Säure-Base-BegriffSäure-Base-BegriffStarke und schwache Säuren
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
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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
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Säure-Base-BegriffSäure-Base-BegriffNeutralisation
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Säure-Base-BegriffSäure-Base-BegriffNeutralisation
Weitere Problematik
Vorstellung: Nach Verdampfen ist NaCl fest
kein Ionengitter sondern NaCl Molekül
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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
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Welche Vorstellung trifft für eine Welche Vorstellung trifft für eine neutrale Lösung zu?neutrale Lösung zu?
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Welche Vorstellung trifft für eine Welche Vorstellung trifft für eine neutrale Lösung zu?neutrale Lösung zu?
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Concept CartoonsConcept Cartoons
VorteilVorteil
- Der Lehrer kann an den verwendeten
Argumenten Fehlvorstellungen erkennen
und den nötigen Input geben
- Schüler-Schüler-Interaktionen
NachteilNachteil
- Keine individuelle Förderung von Schülern
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Concept CartoonsConcept 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
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Concept CartoonsConcept 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
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Concept CartoonsConcept Cartoons
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.
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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
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FazitFazit
Wichtig ist, dass im Unterricht
- (fehlerhafte) Alltagvorstellungen zu problematisieren.
- Denkfehler zu identifizieren.
- Richtige Vorstellungen wenn möglich experimentell überprüfen.
IMMER an Schülervorstellungen ansetzen!!!
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QuellenQuellen
Lehrplan Chemie G8
Barke, Hans-Dieter: Chemiedidaktik – Diagnose und
Korrektur von Schülervorstellungen, Springer-Verlag Berlin
Heidelberg, 2006
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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
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EndeEnde
Dankeschön für die Aufmerksamkeit!Dankeschön für die Aufmerksamkeit!