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

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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Visualisierung im Unterrichtsfach Chemie Aus den unterschiedlichen Schwierigkeiten bei der Wahrnehmung im Test lassen sich Schlussfolgerungen für gute Visualisierung ableiten. Thesen: Cognitive load Bilder beschleunigen Wahrnehmung Lesen stört Bilder Zu viel ist ungesund Unsere Medien enthalten Metainformation (die wir nicht hineingesetzt haben) AkadDir W. Wagner. Didaktik der Chemie, Universität Bayreuth

Cognitive Load Theory Gedächtnismodell: Arbeitsgedächtnis: 2-5 „chunks“, Sinneinheiten 20-30s haltbar Langzeitgedächtnis: mengenmäßig (wahrscheinlich) unbegrenzt Zeitlich (wahrscheinlich) unbegrenzt

„Chunks“ = Sinneinheiten AkadDir W. Wagner. Didaktik der Chemie, Universität Bayreuth

„Chunks“ = Sinneinheiten kind child copil anak enfant dziecko gyerek criança AkadDir W. Wagner. Didaktik der Chemie, Universität Bayreuth

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

Zu viele Sinneinheiten Hervorheben im Kontext: AkadDir W. Wagner. Didaktik der Chemie, Universität Bayreuth

Zu viele Sinneinheiten In strukturierter Umgebung fällt die selbe Sinneinheit von selber auf: Chalupa: The visual Neurosciences. MIT press, Cambridge. AkadDir W. Wagner. Didaktik der Chemie, Universität Bayreuth

Bevorzugte Arbeitsweise der Hirnhälften Lateralisierung wie hier beschrieben gilt nur für die meisten Rechtshänder Links: analytisch sprachlich, verbal rational seriell (jeweils nur 1 Information) Zeitempfinden linear Details Zentrum für Wörter, Zahlen, Regeln Gesprochene Sprache, Grammatik, Wortstellung Zuordnung nach Funktion Bei Gesichterbeschreibung gut Rechts: synthetisch bildlich, visuell intuitiv, kreativ parallel (Bilder) Raumempfinden Zusammenhänge ganzheitlich Zentrum für Spontaneität, Gefühle Körpersprache, Mimik, Gestik Zuordnung nach Erscheinungsbild bei Gesichtererkennung gut AkadDir W. Wagner. Didaktik der Chemie, Universität Bayreuth

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Metainformation 1: Bsp. Vasarely AkadDir W. Wagner. Didaktik der Chemie, Universität Bayreuth

Formen werden interpretiert Mann mit Saxophon… …oder Frau ? AkadDir W. Wagner. Didaktik der Chemie, Universität Bayreuth

Gesichter sind bevorzugt: Bsp. Face on Mars AkadDir W. Wagner. Didaktik der Chemie, Universität Bayreuth

Metainformation 2a: Bsp. hohe Sättigung

Metainformation 2b: Bsp. niedrige Sättigung AkadDir W. Wagner. Didaktik der Chemie, Universität Bayreuth

Wirkung bei Sachbildern AkadDir W. Wagner. Didaktik der Chemie, Universität Bayreuth

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

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

Nicht codierter Kommunikation Sender Empfänger inneres Bild inneres Bild Auswahl Einordnen äußeres Bild AkadDir W. Wagner. Didaktik der Chemie, Universität Bayreuth

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Hemisphärische Verarbeitung linke Hemisph. „Schwefel“ rechte Hemisph. AkadDir W. Wagner. Didaktik der Chemie, Universität Bayreuth

Codierte und nicht codierte Information 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

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

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

Getrennte Wege für visuell und auditiv AkadDir W. Wagner. Didaktik der Chemie, Universität Bayreuth

3 Begründung aus der Fachdidaktik AkadDir W. Wagner. Didaktik der Chemie, Universität Bayreuth

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Durch Studierende erarbeitete Variante m(A,B) N(A,B) V(A,B) c(A,B) m(C,D) N(C,D) V(C,D) c(C,D) A + B C + D AkadDir W. Wagner. Didaktik der Chemie, Universität Bayreuth

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

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

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

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

AkadDir W. Wagner. Didaktik der Chemie, Universität Bayreuth 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

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

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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Zusatzbeispiel Wo befindet sich die Zone mit den „T“? AkadDir W. Wagner. Didaktik der Chemie, Universität Bayreuth

Nicht ganz gleichwertige Interpretationen AkadDir W. Wagner. Didaktik der Chemie, Universität Bayreuth

Bewegung: wie viele Punkte sehen Sie? AkadDir W. Wagner. Didaktik der Chemie, Universität Bayreuth

Kontextabhängige Interpretation AkadDir W. Wagner. Didaktik der Chemie, Universität Bayreuth

Kontextabhängige Interpretation Sehen Sie DaVinci? Wie viele? Oder Reiter? Oder beides? AkadDir W. Wagner. Didaktik der Chemie, Universität Bayreuth

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

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

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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Auditive Signalverarbeitung A Assoziationsfelder S Sprachzentren M motorische Felder (Broca-Areal) V visuelle Zentren Frontallappen Temporallappen (Schläfen~) Parietallappen (Scheitel~) Kleinhirn Occipitallappen (Hinterhaupts~) S1 S2 M A V ? WO WAS TE AkadDir W. Wagner. Didaktik der Chemie, Universität Bayreuth