Transcript PowerPoint-Präsentation - Didaktik der Chemie

Visualisierung
Warum wir sie brauchen und wie man
sie richtig betreibt
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)
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Cognitive Load Theory
Gedächtnismodell:
1. Arbeitsgedächtnis:
– 2-5 „chunks“, Sinneinheiten
– 20-30s haltbar
2. Langzeitgedächtnis:
– mengenmäßig (wahrscheinlich) unbegrenzt
– Zeitlich (wahrscheinlich) unbegrenzt
„Chunks“ = Sinneinheiten
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„Chunks“ = Sinneinheiten
kind
child
copil
anak
enfant
dziecko
gyerek
criança
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Zu viele Sinneinheiten
In unstrukturierter Umgebung muss das Auge geführt werden:
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Zu viele Sinneinheiten
Hervorheben im Kontext:
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Zu viele Sinneinheiten
In strukturierter Umgebung fällt die selbe Sinneinheit von
selber auf:
Chalupa: The visual Neurosciences. MIT press, Cambridge.
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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
Rechts:
• synthetisch
• bildlich, visuell
• intuitiv, kreativ
• parallel (Bilder)
• Raumempfinden
• Zusammenhänge
• ganzheitlich
• Zentrum für Spontaneität,
Gefühle
• Körpersprache, Mimik, Gestik
•
•
Bei Gesichterbeschreibung gut
•
Zuordnung nach
Erscheinungsbild
bei Gesichtererkennung gut
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Metainformation 1: Bsp. Vasarely
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Formen werden interpretiert
Mann mit Saxophon…
…oder Frau ?
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Gesichter sind bevorzugt: Bsp. Face on Mars
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Metainformation 2a: Bsp. hohe Sättigung
Metainformation 2b: Bsp. niedrige Sättigung
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Wirkung bei Sachbildern
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Falsche Codierung
© Roland Spinola
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Codierter Kommunikation
Bsp.: „Ich sehe
einen Hund.“
inneres Bild
inneres Bild
Code
Code
Code
Code
Satz
Satz
Code
Code
Code
Code
Wort
Wort
Code
Code
Code
Laut
Zeichen
Übertragung
Schrift
Code
Code
Code
Zeichen
Sprache
Sender
Laut
Empfänger
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Nicht codierter Kommunikation
inneres Bild
inneres Bild
Auswahl
Einordnen
äußeres Bild
Sender
Empfänger
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Hemisphärische Verarbeitung
„Schwefel“
linke
Hemisph.
rechte
Hemisph.
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Codierte und nicht codierte Information
höhere
visuelle Z.
Decodieren
Bild betrachten
lesen
optisch (75%)
Die thermodynamisch stabile
Modifikation des Schwefels ist
die rhombisch kristalline Form…
Gehirn
akustisch (13%)
sprechen
(tun)
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Decodieren
höhere
akust. Z.
Visuelle Signalverarbeitung
Parietallappen
(Scheitel~) V5
Frontallappen
V5
WO
?
A
V1 primärer visueller
Cortex (kommt vom
Kniehöcker aus der
Mittelfurche an die
hintere Oberfläche)
V2-V5 zweiter bis
fünfter visueller Cortex
A Assotiationsfelder
V3
WAS
Temporallappen
V2
V4
(Schläfen~)
TE
Kleinhirn
Occipitallappen
V1 (Hinterhaupts~)
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Auditive Signalverarbeitung
S1 primäres
Sprachzentrum
Parietallappen
(Scheitel~)
S2 sekundäres
Sprachzentrum
(Wernicke-Areal)
M motorische Felder
(Broca-Areal)
Frontallappen
A Assotiationsfelder
M
A
S1
S2
Occipitallappen
V (Hinterhaupts~)
Temporallappen
(Schläfen~)
Kleinhirn
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Getrennte Wege für visuell und auditiv
A
V1
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3 Begründung aus der Fachdidaktik
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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
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Beispiel: Denkfiguren 1
Makroskopische und submikroskopische Ebene
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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.
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Codierungsgrad
Codierungsgrad
Schrift Denkfigur Grafik
Foto
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Film
Beispiel 1: Der Wasserdampf
Ikarus, Natur & Technik 5, Oldenbourg, S. 51
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Beispiel 2: Proteinstruktur
Jgst. 9: Wo sind die H-Brücken?
Die weiße Bandstruktur? Die
wäre helical.
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Zusatzbeispiel: zu knappe Bildunterschrift
Wo ist die Natronlauge drin?
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Zusatzbeispiel: falsche Bildunterschrift
Wie bitte?
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Erinnerung: Wahrnehmungsgesetze
z.B. Gesetz der glatt durchlaufenden Linie:
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Wahrnehmungsgesetze
...gelten auch für Folien, Arbeitsblätter und Abbildungen:
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Beispiel 3: Das Molkonzept
Quelle: Schülerheft, GMG Bayreuth, 12/2007.
Masse
m [g]
Dichte

m g 
V  l 
Volumen
V [l]
Atommasse
ma 
m
N
g 
Molare
Masse
M 
m  g 
n  mol 
Molares
Volumen
VM 
V  l 
n  mol 
Stoffmengenkonzentration
c 
Teilchenzahl
n  mol 
V  l 
N
AvogadroKonstante
Na 
N 1 
n  mol 
Stoffmenge
n [mol]
• Viel zu viele Elemente
• Keine Reduktion der Zahl
möglich, nicht durch
Symmetrie und nicht
durch Gruppierung
Daraus zieht das Gehirn
die Schlußfolgerung :
• kompliziert
• kann ich nicht.
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Beispiel 3: Das Molkonzept
Atommasse
ma 
Masse
m
N
g 
Teilchenzahl
m [g]
N
Molare
Masse
M 
Dichte

m  g 
n  mol 
m g 
V  l 
AvogadroKonstante
Na 
Molares
Volumen
VM 
Volumen
V [l]
V  l 
n  mol 
Stoffmengenkonzentration
c 
n  mol 
V  l 
Stoffmenge
n [mol]
N 1 
n  mol 
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.
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Beispiel 3: Das Molkonzept
Atommasse
Dichte

Volumen
m g 
V  l 
V [l]
ma 
Masse
m
N
g 
Teilchenzahl
m [g]
Stoffmengenkonzentration
c 
Molares
Volumen
VM 
V  l 
n  mol 
n  mol 
V  l 
N
Molare
Masse
M 
m  g 
n  mol 
AvogadroKonstante
Na 
N 1 
n  mol 
Stoffmenge
n [mol]
Maßnahme 2:
• Stärkere
Betonung der
zentralen Stellung
von n
• Hohes Maß an
Symmetrie
• n noch nicht
optimal im
Zentrum
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Beispiel 3: Das Molkonzept
Alternative:
m(X)
m(Y)
N(X)
N(Y)
V(X)
c(X)
n(X) : n(Y)
V(Y)
c(Y)
• grundsätzlich auch noch zu viele Elemente, aber...
• Reduktion der Zahl durch Symmetrie und Gruppierung
möglich.
• n ideal zentralisiert.
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Persönliche Bewertung?
Atommasse
ma 
Masse
m
N
g 
Teilchenzahl
m [g]
N
Molare
Masse
M 
Dichte

m  g 
n  mol 
m g 
V  l 
AvogadroKonstante
Na 
Volumen
V [l]
V  l 
n  mol 
Stoffmengen
-konz.
c 
n(X) : n(Y)
c(X)
Molares
Volumen
VM 
N 1 
n  mol 
m(X)
N(X)
V(X)
Stoffmenge
n [mol]
n  mol 
V  l 
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m(Y)
N(Y)
V(Y)
c(Y)
Durch Studierende erarbeitete Variante
m(A,B)
N(A,B)
V(A,B)
A+B
C+D
c(A,B)
m(C,D)
N(C,D)
V(C,D)
c(C,D)
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Negativbeispiel: Diamantenpreise
Tufte, Edward R.: Envisioning Information.
Graphics Press, Cheshire, Connecticut 1990.
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Didaktische Planung
Tafelskizze…
Bewegtes Bild
Materielles Modell
Einführung
Problemfindung
Lösungsplanung
Mathem. Modell
Erarbeitung/Lösung
Denkmodell
Festigung
Modellexperim.
Entdeckend…
Anwendung
Realexperiment
Entwickelnd
Fragend
Dokumentation
Forschend
Wo
Zusammenf.
mediales Wie
Hierarchisierung
(did. Orte)
Klassifizierung
Übertragung
Visualisierung
Jgst. 5
Für wen
Jgst. 6
(Zielgrp.) Jgst. 7
Jgst. 8
Jgst. 9
Jgst. 10
Jgst. 11
Jgst. 12
Verfahrens-Wie
Zeitliche Abläufe (Masse)
Zeitliche Abläufe (Energie)
Was Teilchenstruktur
(Inhalte)
Formelschreibweise
Denkstruktur
Messwerte
Vereinbarungen
Naturgesetz…
Differenz.grp.
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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.
•
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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
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Variante 2
Aufgabe: Formulieren Sie eine allgemeine Aussage über den
Verlauf der Schmelzpunkte bei Carbonsäuren!
Chemische
Bezeichnungen
Schmelzpunkte
(°C)
Methansäure
Ethansäure
Propansäure
Butansäure
Pentansäure
Hexansäure
Heptansäure
Octansäure
Nonansäure
Decansäure
Undecansäure
Dodecansäure
Tridecansäure
Tetradecansäure
Pentadecansäure
Hexadecansäure
Heptadecansäure
Octadecansäure
8,4
16,6
-22
-5
-34,5
-1,5
-11
16,5
12,5
31,5
28
44
43
54,5
52,3
63
61
69
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Variante 3
Aufgabe: Formulieren Sie eine allgemeine Aussage über den
Verlauf der Schmelzpunkte bei Carbonsäuren!
80
60
40
20
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10 11 12 13 14 15 16 17 18
-20
-40
Temperatur
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Variante 4
Aufgabe: Formulieren Sie eine allgemeine Aussage über den
Verlauf der Schmelzpunkte bei Carbonsäuren!
Schmelztemperatur von Carbonsäuren (C-Atome)
80
Temperatur
60
40
20
0
-20
-40
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18
Temperatur 8.4 17 -22 -5 -35 -2 -11 17 13 32 28 44 43 55 52 63 61 69
AkadDir W. Wagner. Didaktik der Chemie, Universität Bayreuth
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Zusatzbeispiel
Wo befindet sich die Zone mit den „T“?
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Nicht ganz gleichwertige Interpretationen
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Bewegung: wie viele Punkte sehen Sie?
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Kontextabhängige Interpretation
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Kontextabhängige Interpretation
Sehen Sie DaVinci?
Wie viele?
Oder Reiter?
Wie viele?
Oder beides?
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Kontextabhängige Interpretation
Was sehen Sie?
Wann?
Warum?
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Beispiel 3: Das Molkonzept
Variante 2:
Masse
m [g]
Dichte

Atommasse
m g 
V  l 
ma 
m
N
g 
Molare
Masse
M 
Stoffmengenkonzentration
c 
Volumen
V [l]
n  mol 
V  l 
Molares
Volumen
VM 
V  l 
n  mol 
m  g 
n  mol 
Teilchenzahl
Stoffmenge
n [mol]
AvogadroKonstante
Na 
N 1 
n  mol 
AkadDir W. Wagner. Didaktik der Chemie, Universität Bayreuth
N
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!
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!
Finden Sie die Zahl,
die sich rechts von
einem Punkt,
oberhalb eines
Sterns, unterhalb
einer fünf und links
von einem
Buchstaben R
AkadDir W. Wagner. Didaktik der Chemie, Universität Bayreuth
befindet!
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:
Finden Sie:
Finden Sie:
Finden Sie:
Finden Sie:
Finden Sie:
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Auditive Signalverarbeitung
A Assoziationsfelder
Frontallappen
?
M
A
S Sprachzentren
Parietallappen
(Scheitel~)
WO
S1 WAS
S2
Temporallappen
(Schläfen~)
TE
Kleinhirn
M motorische Felder
(Broca-Areal)
V visuelle Zentren
Occipitallappen
V (Hinterhaupts~)
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