Fachdidaktik Chemie Karteikarten PDF

Didaktik Comenius, 1627: Didaktik ist die allgemeingültige Kunst, alle alles zu lehren Klafki, 1963: Didaktik ist die Lehre vom Unterricht Weniger, 1963: Didaktik erfasst die Theorie der Bildungsinhalte, ihrer Struktur und Auswahl Fragen der Didaktik Perspektiven - Wer?...

Didaktik Comenius, 1627: Didaktik ist die allgemeingültige Kunst, alle alles zu lehren Klafki, 1963: Didaktik ist die Lehre vom Unterricht Weniger, 1963: Didaktik erfasst die Theorie der Bildungsinhalte, ihrer Struktur und Auswahl Fragen der Didaktik Perspektiven - Wer? - Lerner - Was? - Lerninhalt - Wozu? - Lernziele - Wann? - Altersstufe - Mit wem? - Sozialformen - Wo? - Lernort - Wie? - Konzept - Womit? - Lernmaterialien Definition: Chemiedidaktik ist eine Fachdidaktik mit der zentralen Aufgabe, Inhalte, Ergebnisse und Methoden der Chemie einschließlich ihrer technischen Anwendung für Erziehungs- und Bildungsaufgaben zu erschließen. Bezüge der Chemiedidaktik zu anderen Wissenschaften Chemiedidaktische Bezugsfelder Wissenschaftstheorie Positivistisches Modell der Wissensakkumulation - durch Induktion kann aus Naturgesetzen geschlossen werden - Wissensentwicklung ist Kumulation von Wahrheiten - Vorläufer gültiger Theorien waren Irrwege - Modell impliziert Wissenschaftsgläubigkeit und Wissenschaftsoptimismus Vertreter: Ernst Mach, Neopositivisten des Wiener Kreises Analytisches Modell des kritischen Rationalismus Karl Popper: „Logik der Forschung“ 1935 - Theorie kann nur falsifiziert werden - Theorien sind nur Hypothesen Revolutionäre Modell der Wissenschaftsentwicklung nach Thomas S. Kuhn - Paradigma = Anzahl anerkannter wissenschaftlicher Leistungen, die für eine gewisse Zeit einer Gemeinschaft von Fachleuten maßgebende Probleme und Lösungen liefern - Meinungsumschwung = Paradigmenwechsel - wenn Paradigmen gewechselt werden = wissenschaftliche Revolution Definition Paradigma: - kann beobachtet und überprüft werden - Art der Fragen, welche in Bezug auf ein Thema gestellt werden und geprüft werden sollen - wie die Frage gestellt werden soll - wie Ergebnisse wiss. Untersuchungen interpretiert werden sollen Paul K. Feyerabend: Anything goes – Das anarchische Modell - Logik der Naturwissenschaft ungleich der Wissenschaftstheorie - Wissenschaft geht um Brauchbarkeit - „Wozu“ der Brauchbarkeit ist subjektiv - menschliche wird so weit integriert, dass die Wissenschaft den Status der Wirklichkeit verliert Lernen und Lernsituationen Die vier Lerntypen nach Frederic Vester: - visuell - auditiv - motorisch - kommunikativ Konstruktivistische Sicht (Flitner, 1986) Lernen bezeichnet Zuwachs an Wissen, Zuwachs an Lebenserfahrung, Änderungen des Verhaltens und Wertens. Lernerfolg und Funktion des Lernenden: - Lernerfolg hängt von Wissenszustand des Lernenden ab - Bedeutung verleihen = Beziehungen herstellen - Lernende konstruiert aktiv Beziehungen - Lernende ist für eigenes Lernen verantwortlich, weil er die Bedeutung selbst konstruieren muss Entwicklungsstufen nach Piaget Jean Piaget (1896-1980) - Pionier kognitiver Entwicklungspsychologie Assimilation: Aufnahme von Eindrücken; Einbinden vorhandener kognitiver Schemata; Speicherung im Gedächtnis (ohne Änderung vorhandener Schemata) Akkommodation: Anpassung kognitiver Schemata an Umwelt; Neuformung, Ausweitung, Umstrukturierung vorhandener Schemata; Anwendung, wenn Assimilation nicht funktioniert Sensomotorische Phase (0.-2.Lebensjahr) - Lernen/Handeln aufgrund Sensomotorik - Leben im Hier und Jetzt, egozentrisch, praktische Intelligenz, Objektpermanenz Präoperationale Phase (2.-7.Lebensjahr): Aufgeteilt in zwei Phasen - Präkonzeptuelles Denken (2.-4.Lebensjahr) - Transdeduktiv (zB. Das Ding hat Haare, also ist es ein Hund) - Vorbegrifflich (zB. Alle Männer sind Papas, alle Frauen Mamas) - Magisch-animistische Phase (zB. Sonne scheint, weil wir spazieren wollen) - Intuitives Denken (4.-7.Lebensjahr) - Transdeduktives Denken vom Anschaulichen Denken abgelöst - Egozentrisch, operational - Keine Klassifizierung, Ereignisse werden in Abfolge festgehalten Konkret-Operationale Phase (7.-11./12.Lebensjahr) - Klassifikation, Reihenbildung, Erhaltungslogik, Invarianzerwerb - Umgang mit Zahlen möglich - Informationen sammeln und verarbeiten - Schwierigkeiten mit Erfassen abstrakter Begriffe Formal-operationale Phase (ab 11./12.Lebensjahr) - Definitionen, Gesetze, Erklärungen werden gesucht, Abstraktionen, Konzepte, Theorien, Hypothesen werden einbezogen, Bewusstes, selbstkritisches, Kombinatorisches Denken - Klassifizieren, Systematisieren, Erhaltungslogik auf hohem Niveau - Wahrscheinlichkeiten, funktionale Beziehungen, Problemlösen nach Strategien  Hans Aebli (1935-1990) Schüler von Piaget - Geistige Entwicklung ist keine einfache Funktion von sich laufend verbessernden Denkstrukturen - Geistige Entwicklung ist ein Zusammenspiel von vielen Faktoren, die multiplikativ wirken und damit eine kontinuierliche Zunahme der geistigen Kraft bewirken - Anschaulichkeit eines Gegenstandes und dessen Komplexität bildet eine konstante Qualität Repräsentationsarten nach Jerome Seymour Bruner (1915-2016) Theorie baut auf der von Piaget auf, ohne dessen Stufentheorie zu übernehmen Es werden drei Repräsentationsarten durchlaufen: - Enaktive Stufe: Gelernte Dinge werden so dargestellt, wie sie erfahren werden z.B.: Kind lernt in die Hände zu klatschen - Ikonische Stufe: geistige Bilder werden verwendet, die für bestimmte Dinge stehen z.B.: Vogel steht für alle fliegenden Tiere - Symbolische Stufe: Symbole werden verwendet z.B.: Die Zahle 5 steht für fünf beliebige Objekte Kennzeichen der Repräsentationsarten: - Nacheinander durchlaufen, als erwachsener verfügt man weiterhin alle - Kognitive Prozesse erfolgen mittels bestimmter Kategorien Praktische Bedeutung: - Unterricht soll alle Arten ansprechen - Enaktive Art: praktische, motorische Tätigkeiten - Ikonische Art: Bild - Symbolische Art: Sprache, Diagramme Kategorien - Menschen interagieren mit ihrer Umgebung mithilfe von Kategorien und Klassifikationen - Kategorien sind Regeln zur Klassifikation gleicher oder ähnlicher Dinge - Kategorien sind Ansammlungen von Regeln, um gleiche oder ähnliche Dinge zu erkennen Beispiele: Um das Objekt Buch zu erkennen, muss es folgende Regeln erfüllen: - Seiten haben - Umschlag haben - Geschriebenes beinhalten - Einen Titel haben Lernen: Absichtlicher und beiläufiger, individueller oder kollektiver Erwerb von geistigen, körperlichen, sozialen Kenntnissen, Fähigkeiten und Fertigkeiten.  Außerschulischer Lernort - Außerhalb des Klassenzimmers, der von SuS gemeinsam mit Lehrkräften besucht wird - Originale Begegnung mit dem Lerngegenstand - Realbezug vor Ort - Erarbeitung von Fragestellungen im realen Raum Psychologische Begründung: - Lernpsychologie - Jean Piaget: Denken geht aus dem Handeln hervor - Hans Aebli: Reflexion folgt aus Praktischer Handlung - John Dewey: Learning by doing - Frederic Vester: Vernetztes Denken - Motivationspsychologie - Interesse durch eigenes Handeln - Subjektive Bedeutsamkeit - Intrinsische Motivation begünstigt langfristiges Behalten - Motivationssteigerung durch Produktivität - Motivation durch Neugier, Verblüffung, Zweifel, Widersprüche Pädagogische Begründung - Lebensnahe Lernsituation, Persönliche Auseinandersetzung - Unmittelbare Begegnung steigert Lernbereitschaft Der außerschulische Lernort als: - Element eines erfahrungsorientierten Unterrichts - Element eines Handlungsorientieren Unterrichts - Element eines realitätsorientierten Unterrichts - Element eines sozialorientierten Unterrichts Voraussetzungen: - Schule - Öffnung nach außen - Einbindung externer in den Unterricht - Flexibilität der Stundentafel - Lehrkraft - Kenntnisse über den außerschulischen Lernort - Kenntnisse über Gruppendynamik - Bereitschaft zur Kooperation und zum Kompromiss - Beherrschung offener Lernformen - Organisatorisches Geschick/ Improvisationsvermögen - Erfahrungsprozesse anregen - Schüler*innen - Grundmotivation - Beherrschung der Arbeitstechniken - Arbeitsdisziplin - Kooperationsfähigkeit Auswahl - Situationsbezug - Orientierung an den Interessen der Beteiligten - Selbstorganisation und Selbstverantwortung - Informations- /Kompetenzgewinn - Einbeziehung vieler Sinne - Handlungs(spiel)raum - Soziales Lernen - Interdisziplinarität Methodische Realisierung - Außerschulischer Unterrichtsgang mit schulischer Vor-/ Nachbereitung - Projektunterricht nach Gutjons/ Frey - Entdeckendes Lernen: situationsbezogen, fächerübergreifend, projektorientiert Probleme und Grenzen - Klassenstärke - Vorbereitung/Vorbereitungszeit - Finanzmittel - Transportmöglichkeiten - Stundentafel - Mangelnde Kooperation - Erwartungen und Ziele - Eignung des außerschulischen Lernorts Schülerlabore: Schülerlabore sind dauerhaft betriebene außerschulische Initiativen, den Kindern und Jugendlichen eine zielgruppengerechte manuelle und intellektuelle Auseinandersetzung mit zeitgemäßen Bereichen der Mathematik, Informatik, Natur- oder Technikwissenschaften (MINT) ermöglichen. Das breite Spektrum der vorwiegend an ganze Klassen oder Kurse aus der (Vor-)Schule gerichteten Angebote ist insbesondere durch ein selbständiges Experimentieren in einer anregenden Forschungs- und Lernatmosphäre gekennzeichnet. Die Initiativen haben gemeinsam zum Ziel, vor allem das naturwissenschaftlich-technische Interesse und Verständnis der Heranwachsenden zu steigern und auf diese Weise den fachlichen Nachwuchs zu fordern. Perspektive Lehrerbildung Prinzipien der Stoffauswahl, kompetenzorientierter Chemieunterricht Didaktische Prinzipien sind Grundsätze und Handlungsanweisungen zur Unterstützung der Lehrkraft bei der Entscheidungsfindung. (Glöckel 2003) Auf unterschiedlichen Ebenen relevant: - Erstellung von Lehrplänen und Curricula mit Orientierung an den Bildungsstandards - Planung von Unterrichtsreihen und Unterrichtssequenzen - Vorbereitung einzelner Unterrichtsstunden Planung und Gestaltung des Chemieunterrichts kann nach Folgenden Prinzipien erfolgen: - Lernzielorientierung (Zielgemäßheit) - Wissenschaftlichkeit (Wissenschaftsorientierung) - Schülerangemessenheit (Schülergemäßheit) - Exemplarisches Lehren und Lernen - Anschauung - Erfolgssicherung - Lebensweltbezug - Wertbezug – Problembezug – Handlungsbezug - Selbsttätigkeit - Motivation - Fächerübergreifende Koordinierung Exkurs: Bildung und Bildungsziele Zentralbegriffe der Definition von Bildung und Bildungszielen: - Emanzipation/ Selbst- und Mitbestimmungsfähigkeiten (W. Klafki) - Mündigkeit- Partizipation- Kritikfähigkeit- Urteilsfähigkeit- Bereitschaft und Fähigkeit zur Mitverantwortung - Leistungsbereitschaft Bildungsziele nach W. Jung (1970) 1. Autonomie 2. Kommunikationsfähigkeit 3. Behauptungsfähigkeit 4. Kritische Reflexionsfähigkeit Kategoriale Bildung (W. Klafki) „Nicht jeder Bildungsinhalt hat auch Bildungsgehalt“ Auswahlprinzipien: - Elementare: Einfache und grundlegende Sachverhalte, die über sich hinausweisen - Fundamentale: Grunderfahrungen und grundlegende Einsichten bei der Wahrnehmung der Welt - Exemplarische: typische, der Einzelfall, der für große Bereiche eines Sachgebiets mit gleicher Struktur steht Grundfragen: Begründungsproblematik 1. Gegenwartsbedeutung 2. Zukunftsbedeutung 3. Exemplarische Bedeutung Thematische Strukturierung 4. Thematische Struktur 5. Erweisbarkeit 6. Zugänglichkeit und Darstellbarkeit 7. Methodische Strukturierung Prinzip der Lernzielorientierung Beschreibung Lernziele geben Antworten auf die Fragen: - Mit welchen Gegenständen und Inhalten sollen die Schüler*innen konfrontiert werden? - Was sollen die Schüler*innen daran lernen? - In welchen Lernschritten, in welcher Weise und anhand welcher Materialien sollen sie lernen? - Wie soll das Erreichen der Lernziele festgestellt werden? Dimensionen Verhaltensänderungen können in drei Dimensionen stattfinden: - kognitive Dimension: im Wahrnehmungs-, Gedächtnis- und Denkbereich - affektive Dimension: im Interesse-, Einstellungs- und Wertbereich - psychomotorische Dimension: im Bereich der manuellen und motorischen Fähigkeiten Operationalisierung von Lernzielen: Es werden die beobachtbaren Verhaltensdispositionen beschrieben, die von den Schülern erwartet werden. Dies setzt eine Lernzielkontrolle voraus. Beispiele: Die Schüler sollen Maße für Volumen und Masse nennen können. Lernziel-Hierarchien (Bloom, 1972) 1. Wissen: konkrete Daten und Fakten kennen; Regeln, Gesetze oder Symbole wissen 2. Verstehen: Fakten verknüpfen; Daten interpretieren und extrapolieren; Folgerungen daraus ableiten 3. Anwenden: Wissen in neuen Situationen anwenden können; Transfer auf neue Sachverhalte durchführen 4. Analyse: komplexe Informationen zerlegen; Daten analysieren; Kausalbeziehungen und Muster erkennen 5. Synthese: Einzelinformationen zu einem Komplex zusammenfügen; Daten koordinieren; systematisch denken 6. Bewertung: komplexe Sachverhalte beurteilen; ein Fazit ziehen Lernziel-Hierarchien (Deutscher Bildungsrat, 1971) 1. Reproduktion: Wiedergabe von Kenntnissen aus dem Gedächtnis 2. Reorganisation: Selbständige Neuordnung bekannter Sachverhalte zu einer neuen Struktur 3. Transfer: Übertragen bekannter Sachstrukturen auf neue Sachverhalte 4. Neuleistungen (Problemlösen): Lösen neuartiger Aufgaben, Finden neuer Erklärungen  Prinzip der Wissenschaftlichkeit (Wissenschaftsorientierung) Beschreibung: Absicht ist es, die Schüler mit einer Auswahl aktuellen Wissens bekannt zu machen und sie zu befähigen, dieses als Grundlage ihres Handelns und für das Weiterlernen zu nutzen. Grundsätze - Grundlegende Wissensstrukturen sowie Denk- und Arbeitsweisen sind an exemplarisch ausgewählten Beispielen von den Schülern zu erarbeiten. - Der ausgewählte Unterrichtsstoff darf dem (aktuellen) Erkenntnisstand der Schüler nicht widersprechen. - Das historisch-problemorientierte Vorgehen ist statthaft. Prinzip der Schülerangemessenheit Beschreibung: Berücksichtigung des Entwicklungsstandes der Lernenden, insbesondere Abstraktionsfähigkeit und formales Denkvermögen. Didaktische Regeln (Auswahl): - Vom Bekannten zum Neuen [Unbekannten] - Vom räumlich und zeitlich Nahen zum Fernen - Vom Qualitativen zum Quantitativen - Vom Einfachen zum Komplizierten (objektiv) - Vom Leichten zum Schwierigen (subjektiv) - Vom Konkreten zum Abstrakten Prinzip der Fächerübergreifenden Koordinierung Beschreibung: Ziel ist es, inhaltliche und methodische Gemeinsamkeiten zwischen den Unterrichtsfächern aufzuzeigen. Auf diese Weise können sowohl die Isolation der Unterrichtsfächer voneinander als auch ihre generelle Eigenständigkeit vermieden werden. Die Schüler verstehen ihr chemisches Wissen als Teil ihrer Allgemeinbildung. Grundsatz Voraussetzung ist die fächerübergreifende Koordination der Fachlehrer. Was bedeutet Kompetenz? - Heimann (1976): Eine pragmatisch-dynamische Absicht, die auf das Handeln gerichtet ist - Klafki (1985): Fähigkeiten und Fertigkeiten - Klingberg (1975): Sicheres Können gut entwickelter Fähigkeiten und Fertigkeiten - Methodik Chemieunterricht (1975): Können enthalt Komponenten von Wissen, Fähigkeiten, Fertigkeiten und Gewohnheiten Kompetenz = Wissen + Können - Fähigkeiten und Fertigkeiten - Bewältigung konkreter Anforderungssituationen „Kompetenzen sind die bei Individuen verfügbaren oder durch sie erlernbaren kognitiven Fähigkeiten und Fertigkeiten, um bestimmte Probleme zu lösen, sowie die damit verbundenen motivationalen, volitionalen und sozialen Bereitschaften und Fähigkeiten, um die Problemlösungen in variablen Situationen erfolgreich und verantwortungsvoll nutzen zu können.“ - Franz Weinert 2001  Kompetenzmodelle - Sind systematische, fachdidaktisch verankerte Konzepte von Kompetenzstufung und -entwicklung - Klieme Standardmodelle - Sachkompetenz - Methodenkompetenz - Sozialkompetenz - Selbstkompetenz Kompetenzbereiche der nationalen Bildungsstandards (KMK) - Ordnung von Kompetenzen in Kompetenzbereiche - Fachwissen, Erkenntnisgewinnung, Kommunikation, Bewertung - Sprechen und Zuhören, Schreiben, Lesen – mit Text und Medien umgehen, Sprache und Sprachgebrauch untersuchen (Deutsch) Ergibt das Strukturmodelle Kompetenzentwicklung im Unterricht erfordert - Ein konkretes Thema, einen Lernanlass, einen situativen Kontext - Anwendungsfähiges, differenziertes Wissen - Auf den Erwerb oder die Anwendung von Kompetenzen gerichtetes Handeln - Soziale Bereitschaft, Wollen und Motivation Kompetenz wird als Matrix aufgespannt Paradigmenwechsel von der Input- zur Output-Steuerung Curriculum Unter Curriculum wird ein System für die Planung, Gestaltung und Evaluation von Lehr- Lernprozessen verstanden. Es umfasst zumindest: - Kompetenzen - Inhalte, Themen, Kontexte - Methoden - Situationen - Diagnose und Förderkonzepte - Evaluation Lernaufgabe Nach heutigem Verständnis tragen gute Aufgaben folgende Merkmale - sind herausfordernd auf passendem Anspruchsniveau (Tiefe) - fordern und födern inhalts- und prozessbezogene Kompetenzen (Breite) - knüpfen am Vorwissen an und bauen das strukturierte Wissen kumulativ aus (Inhalte) - sind in sinnstiftende Kontexte eingebunden - sind vielfältig in den Lösungsstrategien und Darstellungsformen (offene wie gebundene Aufgabenstellungen, Ansätze und Darstellungsformen der Lösung) - stärken das Könnensbewusstsein durch erfolgreiches Bearbeiten und intensives Üben. Basiskonzepte des Fachs Chemie - Stoff-Teilche-Konzept - Struktur-Eigenschafts-Konzept - Donator-Akzeptor-Konzept - Energiekonzept - Gleichgewichtskonzept Auf dem Weg zum kompetenzorientierten Unterricht – Lehr- und Lernprozess gestalten Unterrichtskonzeption und -verfahren Unterrichtskonzeption Ein vom Anspruch her in sich stimmiger Entwurf, der grundlegende Prinzipien für die Auswahl von Zielen, Inhalten und Methoden zur Gestaltung von Unterricht entwickelt und ggf. exemplarisch konkretisiert. Dabei berücksichtigt dieser Entwurf - begründete grundlegende Bildungs- und Erziehungsziele der Schule - systematische Analysen von Lernvoraussetzungen - schulische Handlungsvoraussetzungen Vier Leitideen: - Primäre Orientierung an der Fachwissenschaft Chemie - Fachsystematik und -struktur stehen im Vordergrund - Konzepte mit übergreifender Bedeutung stehen im Vordergrund - Fachmethoden / Verfahren der Chemie stehen im Vordergrund - Primäre Orientierung an der Lebenswelt - Alltagsdialoge (nach Becker) - Alltagschemie (nach Lindemann) - Praxisorientierter Chemieunterricht (nach Lutz und Pfeifer) - Chemie im Kontext (nach Parchmann, Ralle und Demuth) - Alltagsorientierter Chemieunterricht (nach Just und Woest) - Primäre Orientierung an der Genese der Lernenden - Genetisches Lernen (nach Dewey) - Genetisch-exemplarischer Unterricht (nach Wagenschein) - Primäre Orientierung an der Interdisziplinarität Übersicht Unterrichtskonzeptionen Unterrichtsverfahren - Was sich auf dem Weg zu einem Lernziel ereignet (ereignen soll) - Wie dieser Weg unterrichtlich gestaltet werden kann - Welche Maßnahmen der Lehrer dabei ergreifen kann Exkurs: Unterrichtsformen Aktionsformen - darbietend – aufnehmend - zusammenwirkend - aufgebend – ausführend Sozialformen - Klasse (Frontalunterricht) - Gruppenarbeit - Partnerarbeit - Einzelarbeit Faktoren für die Auswahl eines Unterrichtsverfahrens Überblick über Unterrichtsverfahren - Das Normalverfahren - Das forschend-entwickelnde Unterrichtsverfahren - Das historisch-problemorientierte Unterrichtsverfahren - Das analytisch-synthetisches Unterrichtsverfahren - Das analytisch-synthetische Unterrichtsverfahren - Die methodische Großform Projektunterricht - Das Unterrichtsverfahren nach Chemie im Kontext Von der Wissenschaftstheorie zum Unterrichtsverfahren  Der naturwissenschaftliche Erkenntnisweg als Unterrichtsweg Induktive Erkenntnisgewinnung Einzelbeobachtungen werden zu Theorien/Gesetzen verallgemeinert: 1. Formulieren des Problems 2. Aufstellen von Hypothesen 3. Experimentelle Überprüfung (Verifizierung, Falsifizierung) - Planung - Durchführung - Auswertung 4. (Mögliche) Bestätigung der Hypothese 5. (Mögliche) Lösung des Problems 6. Folgerungen bilden 7. Kontrollexperimente 8. (Mögliche) Bestätigung der Folgerungen 9. Bilden von allgemein gültigen Theorien/Gesetzen Deduktive Erkenntnisgewinnung Auf der Basis allgemeiner Theorien/Gesetzen wird hypothetisch das Ergebnis vorausgesagt: 1. Formulieren des Problems 2. Auswahl von Theorien/Gesetzen 3. Anwenden der Theorien/Gesetze auf das Problem 4. Aufstellen von Hypothesen 5. Experimentelle Überprüfung (Verifizierung, Falsifizierung) - Planung - Durchführung - Auswertung 6. (Mögliche) Bestätigung der Hypothesen 7. (Mögliche) Lösung des Problems Forschend-entwickelndes unterrichtsverfahren (Schmidkunz, Lindemann) Forschen: - Lernende erarbeiten mit vorhandenen Wissen weitgehend selbstständig mit zur Verfügung stehenden, angemessenen Methoden neue Erkenntnisse - „Forschen“ im Sinne von Wissenserwerb - In jeder Altersstufe möglich Entwickeln: - Die/Der Lehrende ist bestrebt, mit Impulsen und Hilfen den Lernprozess einzuleiten, weiterzuführen und zu erhalten - Sie/Er steuert den Lernprozess, tritt aber in den Hintergrund Allgemeine Struktur – Denkstufen und Lernphasen 1. Problemgewinnung 1a Problemgrund 1b Problemerfassung 1c Problemerkenntnis/-formulierung 2. Überlegungen zur Problemlösung 2a Analyse des Problems 2b Lösungsvorschlage 2c Auswahl eines Lösungsvorschlags 3. Durchführung eines Problemlösevorschlages 3a Planung des Lösevorschlags 3b Praktische Durchführung 3c Diskussion der Ergebnisse 4. Abstraktion der gewonnenen Erkenntnisse 4a ikonisch (grafisch) 4b verbal 4c symbolhaft 5. Wissenssicherung 5a Anwendungsbeispiele 5b Wiederholung 5c Lernzielkontrolle Kennzeichen - Problemorientiert - Erkenntnisweg wird von Lernenden und Lehrenden entwickelt - Erkenntnisgewinnung kann geradlinig mit logisch-genetischen Schritten sein - „Forschen“ erfolgt schülerangepasst - Struktur eines Problemlöseprozesses wird vorgegeben - Didaktisches Material (Experimente, Medien) ist erforderlich Historisch-problemorientiertes Unterrichtsverfahren (Jansen) Hauptziel: Schüler gehen ein Stück des Historischen Erkenntnisweges, um zu erkennen, wie sich chemische Vorstellungen, Ideen und Theorien entwickelt haben Weitere Ziele: Die Schüler sollen… - ein tieferes Verständnis von naturwissenschaftlicher Problemlösung und Theoriebildung bekommen. - erkennen, dass Erkenntnisgewinnung nicht geradlinig erfolgt. - die Bedeutung des Aufstellens von Hypothesen und Spekulationen erfahren. - die Grenzen von Modellen und Theorien kennen lernen. - die Bedeutung des Experiments für den Erkenntnisprozess herausfinden. - erkennen, dass die eigenen Schwierigkeiten häufig auch die früheren Wissenschaftler waren. - bedeutende Chemiker auch von ihrer menschlichen Seite sehen lernen und so ihre emotionale Distanz zur Chemie verringern. - gesellschaftliche und politische Einflüsse auf die Forschung erkennen. Leitlinien - Entwicklung umfassender Theorien/ Ideen der Chemie - Einführung neuer Stoffklassen - Auswahl spannender Episoden aus der Geschichte - Menschliche und gesellschaftliche Aspekte der Forschung Kennzeichen - Problemorientiert nach historischen Gegebenheiten - Forschen ist geschichtlichen Vorgehenswesen nachempfunden - Erkenntnisweg ist historisch vorgegeben - Erkenntnisgewinnung ist nicht geradlinig und eine Strukturierung fehlt - Historisches Quellenmaterial erforderlich Analytisch-synthetisches Unterrichtsverfahren - Ganzheitlich-analytisches Verfahren - Zentrale Bedeutung: Technischer Vorgang oder Gegenstand - Artikulationsstufen: 1. Problemgewinnung 2. Technische Analyse 3. Analyse der Grundprobleme 4. Bearbeitung von Nebenproblemen 5. Synthetische Beratung Chemie im Kontext Inhaltsebene Aktivitätsebene Projektunterricht Projekt bedeutet eine Form schulischen Lernens, die den Schülern Mit- und Selbstbestimmung ermöglicht bei der - Auswahl der Inhalte und Unterrichtsthemen, - Festlegung der Unterrichtsziele, - Bestimmung der Methoden bei der Durchführung, - Erarbeitung der Probleme und Ergebnisse, - Beurteilung der geleisteten Arbeit, wobei nicht zuletzt die Ergebnisse des Unterrichts über Anwendungen konkret überprüfbar werden.“ Entwicklung der Projektmethode - Grundkonzeption in den USA entwickelt durch J. Dewey (1859-1952) und W.H. Kilpatrick (1871-1965) – Pädagoge des amerikanischen Pragmatismus - Weiterentwicklung durch K. Frey - Fachdidaktische Konkretisierung durch M. Münzinger (1977), H.J. Tymister (1975), B. Suin de Boutemard (1973), K. Frey (1982) 10 Merkmale der Projektmethode nach H. Gudjons 1. Situationsbezug und Lebensweltorientiert 2. Interessen und Wünsche der Beteiligten 3. Selbstorganisation und -verantwortung 4. Gesellschaftliche Praxisrelevanz 5. Zielgerichtete Projektplanung 6. Produktorientierung 7. Ganzheitlichkeit und Einbeziehung vieler Sinne 8. Soziales Lernen 9. Interdisziplinarität 10. Grenzen werden beachtet Merkmale des projektorientierten Unterrichts - Bedürfnisbezogenheit: Interesse der Lernenden löst das Problem aus - Situationsbezogenheit: Alltagssituation ist Ausgangspunkt - Interdisziplinarität: fachliche Grenzen zu Nebenfächern werden überschritten - Selbstorganisation: Lernende bestimmen Ziele, Planung und Durchführung - Integration von Kopf- und Handarbeit - Produktorientiertheit: auf Handlungsergebnis orientiert - Kollektive Realisierung: Arbeitsteiliges Vorgehen und soziales Lernen - Gesellschaftliche Relevanz - Außerschulische Öffnung Prozessmerkmale von projektorientiertem Unterricht 1. Projektinitiative 2. Auseinandersetzung mit der Projektinitiative – Erstellung einer Projektskizze 3. Gemeinsame Entwicklung des Betätigungsfeldes – Erstellung eines Projektplans 4. Projektdurchführung 5. Anschluss des Projektes 6. Nicht-chronologisches: Fixpunkte, Metainteraktion Die Projektwoche Ablaufschema: 1. In Gesamtkonferenz wird über Termin, Dauer und Themenstellungen einer Projektwoche zu entscheiden 2. Vorbereitungsgruppe übernimmt Planung 3. Treffen der Gruppen zu einer ersten Kontaktaufnahme zwei bis drei Wochen vor Beginn der Projektwoche 4. Präzisierung und Veröffentlichung des zeitlichen und organisatorischen Rahmens der Projektwoche 5. Durchführung der Projektwoche 6. Auswertung der Projektwoche Fehlentwicklung bei Projektwochen - Gefahr der Ausbeutung engagierter Kollegen, Schwächen und Diskrepanzen im Kollegium - Ängste und Unsicherheiten bei Lehrern, Lückenbüßer-Funktion Elementarisierung Synonyme: Didaktische Reduktion, didaktische Rekonstruktion, methodische Transformation Definition: - Vorgang, bei dem komplexe Sachverhalte für eine bestimmte lerngruppe auf den Kerninhalt reduziert werden - Vorwissen und Fähigkeiten der Lernenden sind zu berücksichtigen - Lerngegenstand soll aufbereitet werden, dass der Inhalt überschaubar, durchschaubar und verstehbar wird Ansätze der Elementarisierung Dietrich Hering (1958) - Didaktische Vereinfachung = Übergang von einer differenzierten zu einer allgemeinen Aussage, muss aber den gleichen gültigkeitsumfang besitzen - Kriterium ist der Wahrheitsgehalt - Vereinfachung durch Reduktion von Merkmalen Gustav Grüner (1967) - Weiterentwicklung von Hering - Statt Vereinfachung didaktisches Reduktionsfeld mit vertikaler und horizontaler Reduktion - Horizontale Reduktion: Gültigkeitsumfang bleibt gleich, wissenschaftliche Aussage wird konkreter dargestellt und damit leichter zugänglich - Vertikale Reduktion: Gültigkeitsumfang wird von Stufe zu Stufe eingeengt Wolfgang Bleichroth (1991) - Drei Aspekte der Elementarisierung 1. Elementarisierung als Vereinfachung: Inhaltliche Aussage wird auf einem niedrigen Niveau der Abstraktion abgesenkt (an Auffassungsvermögen der Schüler angepasst) 2. Elementarisierung als Bestimmung des Elementaren: Gültigkeitsumfang und Allgemeinheitsgrad müssen angemessen sein 3. Elementarisierung als Zerlegung in methodische Elemente: Erfassen und Aneignen komplexer Sachverhalte erfolgt in kleinen, schülergerechten Schritten Elementares in der Wissenschaft Chemie - Grundlegende Einsicht (z.B. Periodensystem) - Formuliertes Gesetz (z.B. Massenwirkungsgesetzt) - Gültige Regel (z.B. RGT-Regel) - Prinzipielle Erkenntnis (z.B. Donator-Akzeptor-Prinzip) - Wirkung und Bedeutung (z.B. Katalysatortechnik) - Simple Erfahrung (z.B. Möglichkeit des Siedeverzugs beim Erhitzen Gegenstand der Elementarisierung Chemie als sprachlich gefasster Gegenstand - Problem: Fachsprache - Verfrühte oder falsche Begriffsverwendung vermeiden - Ziel: schülergerechte und fachlich richtige Lehrersprache Chemie als ikonisch-symbolhafter Gegenstand - Problem: sprachliche Zeichen der Chemie - Ziel: gründliche und kleinschrittige Einführung der Zeichen Chemie als mathematifizierter Gegenstand - Problem: stöchiometrische Berechnungen - Ziel: rücksichtsvolle Mathematisierung, um mathematische Logik hinter chemischen Vorgängen aufzudecken Chemie als konkreter Lerngegenstand - Problem: Chemie als Lehre von Stoffen und stofflichen Veränderungen - Ziel: Vorwissen der Schüler sowie ihre kognitiven und manuellen Fähigkeiten für die Wahl geeigneter Experimente berücksichtigen Prinzipien der Elementarisierung Prinzip der fachlichen Richtigkeit - Nichts fachlich Falsches vermitteln - Fehler, Unzugänglichkeiten und Grenzen von Dachverhalten und Modellen sollen bekannt sein Prinzip der fachlichen Ausbaufähigkeit - Fortgang muss sich dem Erstzugang problemlos anschließen Prinzip der Angemessenheit an die kognitive Struktur der Lernenden - Lern- und entwicklungspsychologische Situationen der Schüler ist zu berücksichtigen - Außerschulisches Vorwissen soll erkannt und aufgegriffen werden Maßnahmen der Elementarisierung (Jung, 1984) Elementarisierung durch Generalisierung z.B. allgemeine Merksätze oder Definitionen Elementarisierung durch Rückgriff auf historische Erkenntnisstufen z.B. Atombau oder Säure-Base-Theorie Elementarisierung durch Vernachlässigung begrifflicher Differenzierung z.B. Teilchen ohne Unterscheidung in Atom, Molekül oder Ion Elementarisierung durch Beschränkung auf qualitative Ebene z.B. qualitative vor quantitativen Betrachtungen einer chemischen Reaktion Elementarisierung durch Vernachlässigung z.B. Beschränkung auf die Hauptreaktion Elementarisierung durch Partikularisierung z.B. Bauprinzip elektrochemischer Zellen Medien und Modelle Medien im Unterricht - Lehr- und Lernmittel - Vermittler von Informationen - Wirklichkeitspräsentation - Kommunikationsmittler - Symbolisierung Aufnahme von Informationen Ein Mensch nimmt seine Informationen etwa zu - 78% übers Auge, - 13% übers Ohr - 3% über den Geruchs-, Geschmacks- und Tastsinn auf Kognitive Theorie des Multimedialernens von Mayer Bestandteile des Medienbegriffs - Multimedialität: Verschiedene Medien verwenden - Multicodalität: Verschiedene Darstellungsformen nutzen - Multimodalität: Verschiedene Sinne ansprechen - Multilinearität: Verschiedene Lernwege gehen Arten der Medien im Unterricht - Lehrperson - Buch: Fremdgestaltet, Lernbasis, Überblick, Prüfungsrelevanz, Impuls, Strukturierung Kontextualisierung - Tafel/ Whiteboard: selbst gestaltet, Gliederung, Lösung, Impuls, Protokoll, … - Schülerheft: Schülerzentriert, selbst gestaltet, Erarbeitung, Übung, Hausaufgabe, … - Smartboard: selbst und fremdgestaltet, interaktive, virtuell, Dokumentation, … - PC/Laptop/Tablet: Recherche, Dokumentation, Präsentation, Messverfahren, Übung, Animation - Overheadprojektor: Fremd-, Selbstgestaltet, Entwicklung, Abdecktechnik, Experimentiertechnik - Lehrfilme/ Video/ DVD: Fremdgestaltet, Demonstrationsexperiment, Videoprojektion, Animationen, Mechanismen - Realien: direkte Begegnung, Lernimpuls, Multimodal, Multilinear - Modelle: Fremd-, Selbstgestaltet, Größen, Prinzipien, Strukturen, Moleküle, Atome, Orbitale, Physische, Gedanken - Experiment: Realbegegnung, Multimodal, Multilinear - Spiele: Plan, Rollen, gruppen, Darstellendes Spiel - Außerschulischer Lernort: Exkursionen, Museen, Science Center, Schülerlabore Modelle im Unterricht Merkmale von Modellen - Abbildungsmerkmal - Reduktions- und Verkürzungsmerkmal - Pragmatisches Merkmal - Erkenntnismerkmal - Veranschaulichungsmerkmal - Prognostisches Merkmal Modelle in der Chemie - Ideelles, physischer oder virtuelles Objekt - Vereinfachung des Originals - Weder richtig noch falsch, sondern für einen bestimmten Zweck geeignet - Zentrales Instrument der didaktischen Elementarisierung Fachsprache – Schülervorstellungen Fachsprache im Chemieunterricht - Mündliche, schriftliche, bildliche und symbolische Darstellung zu chemischen Sachverhalten Chemische Fachsprache muss folgendes leisten: - Benennung von Stoffen und Stoffklassen - Charakterisierung von Stoffeigenschaften - Benennung chemischer Reaktionen und Reaktionstypen - Charakterisierung von Wesensmerkmalen chemischer Prozesse - Bezeichnung chemischer Arbeitsprozesse und -methoden Formen der chemischen Fachsprache - Alltagssprache - Lehr-Lernsprache - Wissenschaftssprache Die chemische Fachsprache besteht aus: - Symbolen - Namen und Benennungen - Buchstabenkürzeln - Termini Berücksichtigt werden muss: - Sprachlich und fachsprachliche Ausgangsniveau der Schüler - Angestrebte Niveau - Probleme beim Sprachgebrauch - Wahl der passenden Schreib- und Leseweise von Formeln und Reaktionsgleichungen Bildung von Begriffen: - Begriff = gedankliche Widerspiegelung eines Sachverhaltes - Bildung eines Begriffs erfordert genaue Analyse des Sachverhalts - ist zentrale Denkoperation im wissenschaftlichen Erkenntnisprozess - wird mit einer Definition beendet. Kennzeichen einer Definition: - Unterordnung unter einen umfassenderen Begriff - Beschreibung der Merkmale - neuer Begriff steht zu anderen Begriffen in bestimmten Beziehungen - Begriffe können eine Bedeutungsveränderung erfahren Wichtige Denkoperationen in diesem Zusammenhang: Vergleichen: Mit schon Bekanntem, um neue Merkmale aufzufinden, die vom Bekannten abgrenzen. Differenzieren: Das Herausstellen von Unterschieden, um Unterteilungen vornehmen zu können. Abstrahieren: Das Vernachlässigen von unwesentlichen Merkmalen. Generalisieren: Verallgemeinern, d.h. die Festlegung eines Satzes charakteristischer Merkmale als wesentlich für den Sachverhalt und wieder auffindbar in anderen Sachverhalten. Typisieren, Klassifizieren: Das Zuordnen eines Sachverhaltes zu schon bekannten Begriffen. Leitsätze für den Gebrauch der chemischen Fachsprache im Unterricht - darf nicht zur Nebensache werden - muss Entwicklungsstadium des Schülers entsprechend sein - Trivialnamen gehören dazu - Formelbilder müssen der räumlichen Struktur so nah wie möglich sein - Symbol und zugehörige Termini müssen verknüpft sein - Reaktionspfeil ist ein mächtiges Symbol - Anwendung fördert die Ausprägung chemischen Denkens Schülervorstellungen - Ursprüngliches oder vorwissenschaftliches Denken - Schülerverständnis oder Präkonzepte Herkunft von Präkonzepten - Alltagserfahrung im Umgang mit Phänomenen - Alltagssprache - Gespräche, Lesen, Medien - Vorangegangener Unterricht Allgemeine Rahmenvorstellungen im Lernprozess Schüler des Anfangsunterrichts Chemie sind in ihrer geistigen Entwicklung überwiegend dem Stadium konkret-operationaler Denkoperationen zuzuordnen. Phänomene werden konkret- bildhaft und oft magisch-animistisch beschrieben: - Das Holz will nicht brennen - Die Flamme will ausgehen - Stoffe greifen an Analogien werden herangezogen, Ursachen werden personifiziert - Das Holz brennt, damit man sich wärmen kann - Natrium reagiert mit Wasser, wie eine Brausetablette mit Wasser Stoffe als Eigenschaftsträger - Die Lösung wird blau - Kupferdächer werden grün Unterschiedliche Deutungsmuster für Verbrennungsprozesse - Eigenschaftsveränderungen: Kupfer wird beim Erhitzen in der Flamme schwarz - Zerstörung: Holz wird verbrannt - Phlogistontheorie: Magnesium besteht aus 2 Teilchenarten, eine verdampft beim Verbrennen, die andere bleibt als Magnesiumoxid zurück Deutungsmuster für chemische Reaktionen - Stoffe mischen und entmischen sich lediglich: Kupfersulfid enthält Kupfer und Schwefel - Stoffe und Energie werden vernichtet: Metalle werden zersetzt Schülervorstellungen im Chemieunterricht Auswirkungen auf den Chemieunterricht - Unterricht muss bei den Erfahrungen der Kinder anfangen - Unterricht muss vorhandene Kenntnisse durch andersartige Kenntnisse ersetzen - Chemieunterricht muss tragende Brücke von Ursprünglichen Vorstellungen zu den heute gültigen Vorstellungen schlagen Reflexion ist wichtig, über: - Widersprüche innerhalb der Schülervorstellungen - Widersprüche zwischen Schüler- und Wissenschaftsvorstellungen - Möglichkeiten zum Abbau ursprünglicher Schülervorstellungen - Möglichkeiten zum Abbau tragfähiger und fachgerechter Beschreibungen Experimentieren im Chemieunterricht Definition (nach Roempp) - Von lat.: experimentum = Probe, Beweis - Bezeichnung für einen willkürlich herbeigeführten natürlichen Vorgang, mit dem man je nach Ausfall eine unbekannte Größe bestimmen oder eine Gesetzmäßigkeit erkennen oder demonstrieren will, die den Ablauf des Vorganges bestimmt. Experimente als Unterrichtsgegenstand Contra Pro - Missverständnis - Realbegegnung - Zeitaufwand - Konkrete und praktische Erfahrung  - Finanzieller Aufwand - Naturwissenschaftliches Denkens - Gefahrenpotential - Eigentätigkeit und Psychomotorik - Umstrittener Lerneffekt - Positives Erleben der Naturwissenschaft - Formale Bildung Auswahlkriterien - Zeigen, was zu zeigen ist - Altersstufe angemessen - Auf Vorkenntnisse aufbauend - Passen in den zeitlichen Rahmen des Unterrichtes - Zeigen deutlich erkennbaren Effekt - Hohe Wahrscheinlichkeit des gelingen - Entsprechend den Sicherheitsrichtlinien - Mit vorhandenen Ausstattungen durchführbar Didaktische Funktion - Einführungsexperimente - Motivation - Stimulierung - Problemgewinnung - Experimente als Teil der Problemlösestrategie - Erarbeitungsexperimente - Wiederholungsexperimente - Wissenssicherung - Üben und Festigen - Experimente zur Systematisierung - Experimente zur Leistungs- und Wissenskontrolle - Experimente zur Vermittlung von Faktenwissen - Gedankenexperimente - Spielerische Experimente - Wunderversuche Art der Durchführung von Experimenten 1. Experimente des Lehrenden - Demonstrationsexperimente 2. Experimente des Lernenden - Schülerdemonstrationsexperimente - Schülerexperimente - Hausaufgabenexperimente 3. Experimente werden durch Filme dargestellt - Video/Fernsehen - Computer - Internet Gestaltpsychologische Grundlagen - Menschliche Erkenntnis beginnt mit der Beobachtung und visuellen Wahrnehmung - Prägnante Wahrnehmung ist Voraussetzung für die Einleitung eines Lernprozesses - Durch prägnantes Sehen werden das Fühlen und Denken miteinander verbunden, somit wird der Zugang zum Lernprozess erleichtert Gesetze der visuellen Wahrnehmung (nach Schmidkunz) 1. Figur-Grund-Kontrast 5. Glatt durchlaufende Kurve 2. Einfachheit 6. Symmetrie 7. Dynamik von links nach rechts 3. Gleichartigkeit 8. Objektive Einstellung 4. Nähe  Schülerexperimente Organisationsformen - Sachliche Organisation - Fach-/ Sammlungsräume - Schülerarbeitstische mit Geräten - Vorratsschränke mit Geräten und Chemikalien - Sozialform - Allein oder in Gruppen - Methodische Organisation - Alle das gleiche Experiment - Alle ein anderes Experiment - Differenzierte versuche Versuchsanleitungen müssen: - Genau und für den Schüler verständlich sein - Liste mit benötigten Geräten und Chemikalien enthalten - Skizze des Versuchsaufbaus enthalten - Hinweise zur Arbeitssicherheit enthalten Arbeiten mit geringen Chemikalienmengen und Low-Cost-Experimente - Experimentieren im Halbmikromaßstab (Schallies) - Arbeiten mit medizintechnischen Geräten (Menzel) - Arbeiten mit Einmalspritzen (Obendrauf) - Projektionschemie (Kometz) - Versuche auf dem Overheadprojektor (Full) - Experimente mit Haushaltsmaterialien - Experimente mit Supermarktprodukten (Schwedt) Arbeitssicherheit beim schulischen Experimentieren - Rechtslage - Belehrung - Verwendungsbeschränkungen - Gefährdungsbeurteilungen