Transcript Fehlvorstellung

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
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
Woraus besteht Wasser?
H2O
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 WasserstoffIonen 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://lehrerfortbildungbw.de/faecher/chemie/gym/fb2/modul7/4_bspl/2_cart/concept_cartoon.jpg
Ende
Dankeschön für die Aufmerksamkeit!