Warum wir sie brauchen und wie man sie richtig betreibt

Präsentation zum Thema: "Warum wir sie brauchen und wie man sie richtig betreibt"—  Präsentation transkript:

1 Warum wir sie brauchen und wie man sie richtig betreibt
Visualisierung Warum wir sie brauchen und wie man sie richtig betreibt

2 AkadDir W. Wagner. Didaktik der Chemie, Universität Bayreuth
Einstieg Beschreiben Sie, was Sie auf den nächsten Folien sehen! Versuchen Sie, Zahlen zu nennen! AkadDir W. Wagner. Didaktik der Chemie, Universität Bayreuth

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10 AkadDir W. Wagner. Didaktik der Chemie, Universität Bayreuth

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12 Visualisierung im Unterrichtsfach Chemie
Ist Visualisierung nötig? Begründung erforderlich aus den Kommunikationswissenschaften der Lernpsychologie und den Neurowissenschaften, sowie der (Fach)Didaktik. AkadDir W. Wagner. Didaktik der Chemie, Universität Bayreuth

13 Was ist ein Bild? Kommunikationswissenschaftlicher Ansatz:
„Ein Bild ist eine konkrete oder abstrakte Darstellung einer rezipierbaren Realität bzw. eines Realitätsausschnittes mit potentiell Sinn konstituierender Funktion“. (Drescher 1997) aus Deutsch: Ein Bild ist eine konkrete oder abstrakte Darstellung einer wahrnehmbaren Realität bzw. eines Ausschnittes, der man einen Sinn zuordnen könnte. Kritik: greift für unsere Zwecke zu kurz; Grafiken fehlen. AkadDir W. Wagner. Didaktik der Chemie, Universität Bayreuth

14 1 Begründung aus den Kommunikationswissenschaften
Grundlegende visuelle Elemente The Online Visual Literacy Project (1998) AkadDir W. Wagner. Didaktik der Chemie, Universität Bayreuth

15 AkadDir W. Wagner. Didaktik der Chemie, Universität Bayreuth
Punkt, Linie und Form Punkt ... Linie W Form AkadDir W. Wagner. Didaktik der Chemie, Universität Bayreuth

16 Punkte führen zu Formen: Bsp. Vasarely
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17 Formen werden interpretiert
Mann mit Saxophon… …oder Frau ? AkadDir W. Wagner. Didaktik der Chemie, Universität Bayreuth

18 Gesichter sind bevorzugt: Bsp. Face on Mars
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19 Bewegung, Bsp. 1 Erzeugt durch statische Maßnahmen
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20 Bewegung Erzeugt durch statische Maßnahmen
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21 Bewegung, Bsp. 2 Erzeugt durch dynamische Maßnahmen
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22 Bewegung, Bsp. 3 Erzeugt durch dynamische Maßnahmen
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23 Räumlichkeit Erzeugt durch Perspektive
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24 Räumlichkeit Erzeugt durch Kombination von Grundelementen
Grundelemente Punkte+Helligkeit Grundelemente Linien+Helligkeit Grundelement Punkte AkadDir W. Wagner. Didaktik der Chemie, Universität Bayreuth

25 AkadDir W. Wagner. Didaktik der Chemie, Universität Bayreuth
Orientierung AkadDir W. Wagner. Didaktik der Chemie, Universität Bayreuth

26 AkadDir W. Wagner. Didaktik der Chemie, Universität Bayreuth
Struktur AkadDir W. Wagner. Didaktik der Chemie, Universität Bayreuth

27 AkadDir W. Wagner. Didaktik der Chemie, Universität Bayreuth
Farbton und Sättigung Farbton („Farbe“) Sättigung AkadDir W. Wagner. Didaktik der Chemie, Universität Bayreuth

28 Bsp. hohe Sättigung (Metainformation?)

29 Bsp. niedrige Sättigung (Metainformation?)
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Helligkeit Die Felder A und B besitzen dieselbe objektive Helligkeit. Glauben Sie das? AkadDir W. Wagner. Didaktik der Chemie, Universität Bayreuth

31 AkadDir W. Wagner. Didaktik der Chemie, Universität Bayreuth
Helligkeit Echt. AkadDir W. Wagner. Didaktik der Chemie, Universität Bayreuth

32 Größenverhältnis Vorsicht: was stimmt hier nicht? Ames‘scher Raum!
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33 2 Begründung aus Lernpsychologie und Neurowissenschaften
Wahrnehmungsmodelle AkadDir W. Wagner. Didaktik der Chemie, Universität Bayreuth

34 Was ist ein Bild? Physiologischer Ansatz:
„Um ein Bild zu erhalten benötigt man (im Nichts) mindestens zwei sinnlich wahrnehmbare Punkte und einen Beobachter“. (Wagner 2007) nach Ideen von G. Hüther: Die Macht der inneren Bilder; Vandenhoeck&Ruprecht, Göttingen 2006. AkadDir W. Wagner. Didaktik der Chemie, Universität Bayreuth

35 An den Sinnen orientiertes Wahrnehmungsmodell
akustisch (13%) Gehirn optisch (75%) olfaktorisch gustatorisch 3% haptisch AkadDir W. Wagner. Didaktik der Chemie, Universität Bayreuth

36 An der hemisphärischen Verarbeitung orientiertes Wahrnehmungsmodell
linke Hemisph. „Schwefel“ rechte Hemisph. AkadDir W. Wagner. Didaktik der Chemie, Universität Bayreuth

37 An Kommunikationskanälen orientiertes Wahrnehmungsmodell
Gehirn höhere visuelle Z. Decodieren Bild betrachten optisch (75%) lesen Die thermodynamisch stabile Modifikation des Schwefels ist die rhombisch kristalline Form… Decodieren höhere akust. Z. akustisch (13%) sprechen (tun) AkadDir W. Wagner. Didaktik der Chemie, Universität Bayreuth

38 Normalform codierter Kommunikation
Sender Bsp.: „Ich sehe einen Hund.“ Empfänger inneres Bild inneres Bild Code Code Code Code Satz Satz Code Code Code Code Wort Wort Code Übertragung Code Code Code Code Code Schrift Zeichen Zeichen Sprache Laut Laut AkadDir W. Wagner. Didaktik der Chemie, Universität Bayreuth

39 Einfachste Form nichtcodierter Kommunikation
Sender Empfänger inneres Bild inneres Bild Auswahl Einordnen äußeres Bild AkadDir W. Wagner. Didaktik der Chemie, Universität Bayreuth

40 AkadDir W. Wagner. Didaktik der Chemie, Universität Bayreuth
Wichtig: „...it follows, that neither language nor a highly developed sense of the self or of others is necessary for consciousness to occur... Language does enrich consciousness considerably, but there is little hard evidence that it is necessary for conscious sensation to occur.“ C. Koch in Chalupa: The visual Neurosciences. MIT press, Cambridge, S AkadDir W. Wagner. Didaktik der Chemie, Universität Bayreuth

41 Aus der Lernpsychologie
Behaltensleistungen steigern sich gegenüber einer Kontrollgruppe (nur sprachliche Vermittlung): Um 9,5% bei zusätzlich: Bilder Um 20% bei zusätzlich: Modelle Um 32% bei zusätzlich: Originalbegegnung (betrachten) Um 40,7% bei zusätzlich: Originalbegegnung (verwenden) Düker, H./Tausch, R. (1957): Über die Wirkung der Veranschaulichung von Unterrichtsstoffen auf das Behalten. In: Zeitschrift für Experimentelle und Angewandte Psychologie, 4, AkadDir W. Wagner. Didaktik der Chemie, Universität Bayreuth

42 Wahrnehmung von Bildern durch Augenbewegung
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43 Kippende Wahrnehmung bei gleichwertigen Referenzobjekten
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44 Visuelle Signalverarbeitung
V1 primärer visueller Cortex (kommt vom Kniehöcker aus der Mittelfurche an die hintere Oberfläche) V2-V5 zweiter bis fünfter visueller Cortex A Assotiationsfelder Parietallappen (Scheitel~) V5 Frontallappen WO V4 ? A V3 V2 WAS V1 Occipitallappen (Hinterhaupts~) Temporallappen (Schläfen~) TE Kleinhirn AkadDir W. Wagner. Didaktik der Chemie, Universität Bayreuth

45 Auditive Signalverarbeitung
S1 primäres Sprachzentrum S2 sekundäres Sprachzentrum (Wernicke-Areal) M motorische Felder (Broca-Areal) A Assotiationsfelder Parietallappen (Scheitel~) Frontallappen V A S2 M S1 Occipitallappen (Hinterhaupts~) Temporallappen (Schläfen~) Kleinhirn AkadDir W. Wagner. Didaktik der Chemie, Universität Bayreuth

46 Getrennte Wege für visuell und auditiv
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47 „Chunks“ = Sinneinheiten
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48 „Chunks“ = Sinneinheiten
kind child copil anak enfant dziecko gyerek criança AkadDir W. Wagner. Didaktik der Chemie, Universität Bayreuth

49 Zu viele Sinneinheiten
Die Situation: AkadDir W. Wagner. Didaktik der Chemie, Universität Bayreuth

50 Zu viele Sinneinheiten
In unstrukturierter Umgebung muß das Auge geführt werden: AkadDir W. Wagner. Didaktik der Chemie, Universität Bayreuth

51 Zu viele Sinneinheiten
In strukturierter Umgebung fällt dasselbe Element auf: Chalupa: The visual Neurosciences. MIT press, Cambridge. AkadDir W. Wagner. Didaktik der Chemie, Universität Bayreuth

52 AkadDir W. Wagner. Didaktik der Chemie, Universität Bayreuth
Falsche Codierung © Roland Spinola AkadDir W. Wagner. Didaktik der Chemie, Universität Bayreuth

53 AkadDir W. Wagner. Didaktik der Chemie, Universität Bayreuth
Bezug Bild - Sprache Welches Bild hat welchen Titel? Takete Maluma AkadDir W. Wagner. Didaktik der Chemie, Universität Bayreuth

54 3 Begründung aus der Fachdidaktik
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55 AkadDir W. Wagner. Didaktik der Chemie, Universität Bayreuth
Erkenntnisebenen Makroskopische Ebene: Stoff-Ebene, konkret (anfassbar) Populationen von Molekülen Physikalische und Material-Eigenschaften Submikroskopische Ebene: Teilchen-Ebene, abstrakt chemische Eigenschaften einzelne Moleküle („Aussehen“) verschiedene Modelldarstellungen AkadDir W. Wagner. Didaktik der Chemie, Universität Bayreuth

56 Beispiel: Denkfiguren 1
Makroskopische und submikroskopische Ebene AkadDir W. Wagner. Didaktik der Chemie, Universität Bayreuth

57 Beispiel: Denkfiguren 2
Aufbau von Unterricht und Vortrag Wenige Elemente symmetrisch Daraus zieht das Gehirn die Schlußfolgerung : das ist ja einfacher als gedacht kann ich freu mich, Erfolg. AkadDir W. Wagner. Didaktik der Chemie, Universität Bayreuth

58 AkadDir W. Wagner. Didaktik der Chemie, Universität Bayreuth
Codierungsgrad Codierungsgrad Schrift Denkfigur Grafik Foto Film AkadDir W. Wagner. Didaktik der Chemie, Universität Bayreuth

59 Beispiel 1: Der Wasserdampf
Ikarus, Natur & Technik 5, Oldenbourg, S. 51 AkadDir W. Wagner. Didaktik der Chemie, Universität Bayreuth

60 Beispiel 2: Proteinstruktur
Jgst. 9: Wo sind die H-Brücken? Die weiße Bandstruktur? Die wäre helical. AkadDir W. Wagner. Didaktik der Chemie, Universität Bayreuth

61 Zusatzbeispiel: zu knappe Bildunterschrift
Wo ist die Natronlauge drin? AkadDir W. Wagner. Didaktik der Chemie, Universität Bayreuth

62 Zusatzbeispiel: falsche Bildunterschrift
Wie bitte? AkadDir W. Wagner. Didaktik der Chemie, Universität Bayreuth

63 Erinnerung: Wahrnehmungsgesetze
z.B. Gesetz der glatt durchlaufenden Linie: AkadDir W. Wagner. Didaktik der Chemie, Universität Bayreuth

64 AkadDir W. Wagner. Didaktik der Chemie, Universität Bayreuth
Wahrnehmungsgesetze ...gelten auch für Folien, Arbeitsblätter und Abbildungen: AkadDir W. Wagner. Didaktik der Chemie, Universität Bayreuth

65 Beispiel 3: Das Molkonzept
Quelle: Schülerheft, GMG Bayreuth, 12/2007. Viel zu viele Elemente Keine Reduktion der Zahl möglich, nicht durch Symmetrie und nicht durch Gruppierung Masse m [g] Atom-masse Teilchen-zahl N Dichte Molare Masse Avogadro-Konstante Daraus zieht das Gehirn die Schlußfolgerung : kompliziert kann ich nicht. Volumen V [l] Molares Volumen Stoff-menge n [mol] Stoffmengen-konzentration AkadDir W. Wagner. Didaktik der Chemie, Universität Bayreuth

66 Beispiel 3: Das Molkonzept
Maßnahme 1: Unterscheidung der Qualitäten „Basisgröße“ und „Hilfsgröße zur Umwandlung“; erfordert ZWEI Blicke zum erfassen. Einsatz als Arbeitsfolie und Zusammenfassung Zur Erarbeitung Gliederung nötig Nachteil: zentrale Stellung von n nicht deutlich. Atom-masse Masse m [g] Teilchen-zahl N Molare Masse Dichte Avogadro-Konstante Molares Volumen Volumen V [l] Stoff-menge n [mol] Stoffmengen-konzentration AkadDir W. Wagner. Didaktik der Chemie, Universität Bayreuth

67 Beispiel 3: Das Molkonzept
Atom-masse Dichte Volumen V [l] Masse m [g] Teilchen-zahl N Stoffmengen-konzentration Molare Masse Avogadro-Konstante Molares Volumen Stoff-menge n [mol] Maßnahme 2: Stärkere Betonung der zentralen Stellung von n Hohes Maß an Symmetrie n noch nicht optimal im Zentrum AkadDir W. Wagner. Didaktik der Chemie, Universität Bayreuth

68 Beispiel 3: Das Molkonzept
Alternative: m(X) m(Y) N(X) N(Y) n(X) : n(Y) V(X) V(Y) c(X) c(Y) grundsätzlich auch noch zu viele Elemente, aber... Reduktion der Zahl durch Symmetrie und Gruppierung möglich. n ideal zentralisiert. AkadDir W. Wagner. Didaktik der Chemie, Universität Bayreuth

69 Persönliche Bewertung?
Atom-masse Masse m [g] Teilchen-zahl N n(X) : n(Y) m(X) N(X) V(X) c(X) m(Y) N(Y) V(Y) c(Y) Molare Masse Dichte Avogadro-Konstante Molares Volumen Volumen V [l] Stoff-menge n [mol] Stoffmengen-konz. AkadDir W. Wagner. Didaktik der Chemie, Universität Bayreuth

70 Negativbeispiel: Diamantenpreise
Tufte, Edward R.: Envisioning Information. Graphics Press, Cheshire, Connecticut 1990. AkadDir W. Wagner. Didaktik der Chemie, Universität Bayreuth

71 AkadDir W. Wagner. Didaktik der Chemie, Universität Bayreuth
Didaktische Planung Realexperiment Modellexperim. Denkmodell Mathem. Modell Materielles Modell Bewegtes Bild Tafelskizze… Zusammenf. Lösungsplanung Dokumentation Anwendung Festigung Einführung Problemfindung Erarbeitung/Lösung Übertragung Fragend Klassifizierung Forschend Entwickelnd Hierarchisierung Entdeckend… Wo (did. Orte) mediales Wie Verfahrens-Wie Visualisierung Jgst. 5 Jgst. 6 Jgst. 7 Jgst. 8 Jgst. 9 Jgst. 10 Jgst. 11 Jgst. 12 Differenz.grp. Formelschreibweise Teilchenstruktur Zeitliche Abläufe (Masse) Zeitliche Abläufe (Energie) Denkstruktur Messwerte Vereinbarungen Naturgesetz… Für wen (Zielgrp.) Was (Inhalte) AkadDir W. Wagner. Didaktik der Chemie, Universität Bayreuth

72 Fallbeispiel allgemein
Gut: Anbieten von Bild und Ton: die Leistungen beider Wege werden im Gehirn genutzt. Synchrones Anbieten: die richtige Interpretation wird durch das Gesetz der Nähe unterstützt. Widerspruchsfreie Information auf den beiden Kanälen: weil das Gehirn Bearbeitungszeit spart einfach codiert: gut, weil das Gehirn mit einem Durchlauf zum Ergebnis kommt. Schlecht: Präsentieren von Bild oder Ton: ein Weg wird vergeben. Zeitversetztes Anbieten: Zusammengehörigkeit der Information wird nicht erkannt. Widerspruch zwischen den beiden Kanälen: das Gehirn muss öfter zur Überprüfung ansetzen mehrfach codiert: schlecht, weil das Gehirn mehrere Durchläufe benötigt. AkadDir W. Wagner. Didaktik der Chemie, Universität Bayreuth

73 Fallbeispiel konkret: Variante 1
Aufgabe: Formulieren Sie eine allgemeine Aussage über den Verlauf der Schmelzpunkte bei Carbonsäuren! Chemische Bezeichnungen und Schmelzpunkte (°C) : Methansäure; 8,4, Ethansäure; 16,6, Propansäure; -22, Butansäure; -5, Pentansäure; -34,5, Hexansäure; -1,5, Heptansäure; -11, Octansäure; 16,5, Nonansäure; 12,5, Decansäure; 31,5, Undecansäure; 28, Dodecansäure; 44, Tridecansäure; 43, Tetradecansäure; 54,5, Pentadecansäure; 52,3, Hexadecansäure; 63, Heptadecansäure; 61, Octadecansäure; 69 AkadDir W. Wagner. Didaktik der Chemie, Universität Bayreuth

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Variante 2 Aufgabe: Formulieren Sie eine allgemeine Aussage über den Verlauf der Schmelzpunkte bei Carbonsäuren! Chemische Bezeichnungen Schmelzpunkte (°C) Methansäure 8,4 Ethansäure 16,6 Propansäure -22 Butansäure -5 Pentansäure -34,5 Hexansäure -1,5 Heptansäure -11 Octansäure 16,5 Nonansäure 12,5 Decansäure 31,5 Undecansäure 28 Dodecansäure 44 Tridecansäure 43 Tetradecansäure 54,5 Pentadecansäure 52,3 Hexadecansäure 63 Heptadecansäure 61 Octadecansäure 69 AkadDir W. Wagner. Didaktik der Chemie, Universität Bayreuth

75 AkadDir W. Wagner. Didaktik der Chemie, Universität Bayreuth
Variante 3 Aufgabe: Formulieren Sie eine allgemeine Aussage über den Verlauf der Schmelzpunkte bei Carbonsäuren! AkadDir W. Wagner. Didaktik der Chemie, Universität Bayreuth

76 AkadDir W. Wagner. Didaktik der Chemie, Universität Bayreuth
Variante 4 Aufgabe: Formulieren Sie eine allgemeine Aussage über den Verlauf der Schmelzpunkte bei Carbonsäuren! AkadDir W. Wagner. Didaktik der Chemie, Universität Bayreuth

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78 Zusatzbeispiel Wo befindet sich die Zone mit den „T“?
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79 Nicht ganz gleichwertige Interpretationen
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80 Bewegung: wie viele Punkte sehen Sie?
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81 Kontextabhängige Interpretation
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82 Kontextabhängige Interpretation
Sehen Sie DaVinci? Wie viele? Oder Reiter? Oder beides? AkadDir W. Wagner. Didaktik der Chemie, Universität Bayreuth

83 Kontextabhängige Interpretation
Was sehen Sie? Wann? Warum? AkadDir W. Wagner. Didaktik der Chemie, Universität Bayreuth

84 Beispiel 3: Das Molkonzept
Variante 2: Masse m [g] Dichte Atom-masse Molare Masse Stoffmengen-konzentration Volumen V [l] Stoff-menge n [mol] Teilchen-zahl N Avogadro-Konstante Molares Volumen AkadDir W. Wagner. Didaktik der Chemie, Universität Bayreuth

85 AkadDir W. Wagner. Didaktik der Chemie, Universität Bayreuth
Finden Sie die Zahl, die sich rechts von einem Punkt, oberhalb eines Sterns, unterhalb einer fünf und links von einem Buchstaben R befindet! Finden Sie die Zahl, die sich rechts von einem Punkt, oberhalb eines Sterns, unterhalb einer fünf und links von einem Buchstaben R befindet! AkadDir W. Wagner. Didaktik der Chemie, Universität Bayreuth

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