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

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

Was sind Fehlvorstellungen? Einleitung 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)

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)

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

Einleitung - 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

H2O Woraus besteht Wasser? Zusätzlich Kupfersulfid als Beispiel nennen!

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

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.

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.“

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.

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

Fehlvorstellungen zum Säure-Base-Begriff

Säure-Base-Begriff Allgemein 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.

Säure-Base-Begriff Allgemein 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

Säure-Base-Begriff Fehlvorstellungen 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

Säure-Base-Begriff Fehlvorstellungen 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

Säure-Base-Begriff Fehlvorstellungen 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

Säure-Base-Begriff Unterrichtsvorschläge 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…)

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

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

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

Säure-Base-Begriff Reine Säuren und saure Lösungen Modellvorstellung von Schülern zur Verdünnung von Schwefelsäure

Säure-Base-Begriff Reine 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

Säure-Base-Begriff Reine 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)

Säure-Base-Begriff Starke 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)

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

Säure-Base-Begriff Starke 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

Säure-Base-Begriff Neutralisation 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

Säure-Base-Begriff Neutralisation

Säure-Base-Begriff Neutralisation Weitere Problematik Vorstellung: Nach Verdampfen ist NaCl fest  kein Ionengitter sondern NaCl Molekül

Concept Cartoons Diagnosemethode 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 neutrale Lösung zu?

Welche Vorstellung trifft für eine neutrale Lösung zu?

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

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

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

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.

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

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

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

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

Ende Dankeschön für die Aufmerksamkeit!