Durchführung von Experimenten im Chemieunterricht · Probleme des Transfers zwischen ... Gleichartigen Dingen werden unbewußt gleiche Funktionen zu- ... größten Einfluss hierauf

Durchführungvon Experimenten

im Chemieunterricht

Orth / Wolf

Universität Bielefeld

Fakultät für Chemie

Chemie und Didaktik der Chemie I

Orth / WolfUniversität BielefeldFakultät für ChemieChemie und Didaktik der Chemie Durchführung von Experimenten im Chemieunterricht

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BEZIEHUNGEN CHEMISCHER EXPERIMENTE ZUR UNTERRICHTSPLANUNG UND

DARAUS RESULTIERENDE FOLGERUNGEN

Experimente...

...und Thematik

Fachliche Aspekte:

! Reaktionsbedingungen kennen

! Fehlerquellen kennen

! Kenntnis über Eigenschaften der Chemikalien

! Belästigungen (unangenehmer Geruch) bedenken, die

neue situative Bedingungen schaffen können (z. B. Unru-

he)

! Zeitbedarf berechnen (speziell Org. Chemie)

! Probleme des Transfers zwischen großtechnischer Anlage

und schulchemisches Versuchsexperiment kennen

Erkenntnisniveau der Experimente:

! Subjektive Wahrnehmungen der Schüler können z.B.

durch Blindproben eliminiert werden

! Messgenauigkeit beachten, keine falsche Genauigkeit

vortäuschen

! Protokollierungen der Nebenergebnisse berücksichtigen

! Bei komplexen Fragestellungen das eigentliche Ziel nicht

aus dem Auge verlieren


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...und Lernziele

! Ausbildung motorischer Qualifikationen

! Förderung manueller Selbständigkeit

...und Medien

Medien verstärken die sinnliche Wahrnehmung bei der Infor-

mationsvermittlung.

Experimentelle Eindrücke bzw. Eigenschaften können über

alle 5 Sinne mit unterschiedlicher Intensität vermittelt werden:

! visuell wirksam

! akkustisch wirksam

! geruchswirksam

! tastwirksam

! geschmackswirksam

Die „psychophysische Eigenart des Experiments“ bedingt

unterschiedlich technisch-organisatorische und didaktische

Maßnahmen.

...und Methode

! Problemversuch

! Alternativversuch

! Bestätigungsversuch

! Erarbeitungsversuch

! Wiederholungs- bzw. Übungsversuch


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...und Voraussetzungen

! Vorhandensein von Geräten prüfen

! Pannen einplanen

! Chemikalien in ausreichender Menge bereithalten

! Ausreichende Beobachtungsmöglichkeiten schaffen

(Projektionsmöglichkeiten nutzen)

bei Schülerversuchen berücksichtigen:

! Vorwissen der Schüler

! Auffassungsvermögen, Konzentrationsvermögen, Denkni-

veau

! Sprachliche und logische Voraussetzungen

! Einstellung und Erwartung der Schüler

(keine Reaktion als negativer Nachweis?)

! manuelles Geschick der Schüler


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DAS LEHREREXPERIMENT

Visuelle Wahrnehmung von Demonstrationsexperimenten

Ansätze aus der Gestalttheorie (Ende 19. Jhd. bis Mitte 20. Jhd.)

! Erste Wahrnehmung entscheidet über Begünstigung oder Hemmung

des Lernprozesses

! Gute Wahrnehmbarkeit ist daher wichtig (Prägnanz)

! Erforschung der Prägnanz-Faktoren führte zu W. Melzers Gesetzte

des Sehens

R. Arnheim (1977):

Die visuelle Wahrnehmung ist mit der Aufnahme des Geschehens im

Gedächtnis sowie mit den Lernprozessen signifikant verbunden.

H. Schmidtkunz (1989):

Gesetze des Sehens können auf chemische Experimente übertragen

werden.

! Figur-Grund-Kontrast (essentiell)

! Die gewohnte und in sich geschlossene Figur

! Einfachheit

! Gleichartigkeit

! Nähe

! Die glatt durchlaufene Linie

! Symmetrie

! Dynamik von links nach rechts

! Das gemeinsame Schicksal


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Das Gesetz des Figur-Grund-Kontrastes

! Fundamentales Gesetz

! Klare Abhebung vom Hintergrund

! Hintergrund homogen und farblich unauffällig

(z.B. Pappe, saubere Tafel etc.)

Beispiel:

Die Geräte hinter der Versuchsapparatur erzeugen einen inhomogenen

Hintergrund.


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Die gewohnte und in sich geschlossene Figur

! Neue Informationen werden an bestehende Muster im Gedächt-

nis geknüpft

! In einem neuen Gefüge besteht der Versuch an bekannte For-

men anzuknüpfen

! Bekannte Formen:

Rechteck, Quadrat, Kreis etc.

! Es erfolgt im Gedächtnis eine Konstruktion einer Geschlossen-

heit, auch wenn sie in der Realität nicht gegeben ist

Beispiel:

Die Stativstangen und die Grundlinie bilden die Seiten eines nicht vor-

handenen Rechtecks. Die Anordnung erscheint als eigenständige Figur,

auch wenn die Geschlossenheit nicht durchgehend realisiert wurde.


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Das Gesetz der Einfachheit

! Einfache Dinge sind visuell besser wahrnehmbar

! Komplexität entsteht durch Vielzahl von Einzelheiten

! Vielzahl von Einzelteilen potenziert die Komplexität zusätzlich

Beispiel:

Die Vielzahl der Stativstangen, Muffen und Klammern erhöhen die Kom-

plexität der Versuchsanordnung.


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Das Gesetz der Gleichartigkeit

! Gleichartigen Dingen werden unbewußt gleiche Funktionen zu-

gemutet, sie führen zu Objektzusammenschlüssen

! Die differenzierte Wahrnehmbarkeit wird stark beeinträchtigt

! Unterschiedliche Funktionen verbieten daher gleichartige Geräte

Beispiel:

Die Abbildung zeigt einen Verstoß gegen das Gesetz. In der gezeigten

Anordnung werden die drei Funktionen der Apparatur (Reaktion, Nach-

weis, Entsorgung) in drei gleichartigen Geräten durchgeführt.


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Das Gesetz der Nähe

! Nahe beieinander liegende Teile werden als Zusammengehörig

empfunden

! Nur Geräteteile gleicher Funktion sollten nahe beieinander lie-

gen

Beispiel:;

Die nahe beieinander liegenden Geräte (Erlenmeyerkolben und Gas-

waschflasche) vermitteln eine Zusammengehörigkeit, auch wenn dieses

nicht beabsichtigt ist.


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Die glatt durchlaufene Linie

! Zu- und Ableitungen sollen gradlinig verlaufen

! Zu- und Ableitungen möglichst nicht auf gleicher Höhe

verlaufen lassen. Dies führt zum „Darüber-weg“-Sehen

dieses Reaktionsverlaufs.

Beispiele:

A)

B)

A: Richtige (gestufte) Anordnung der Zu- und Ableitung.

B: Zu- und Ableitung erfolgen auf gleicher Höhe.


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Das Gesetz der Symmetrie

! Symmetrische Anordnungen haben eine spürbare Prägnanz

! Symmetrie kann helfen Aufmerksamkeit auf einen bestimmten

Teil der Anordnung zu richten.

Beispiele:

A) Parallele Reaktionsführung 1

B) Parallele Reaktionsführung 2

C) Lenkung der Aufmerksamkeit


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Das Gesetz der Dynamik von links nach rechts

! Reaktionsverläufe von links nach rechts werden als normal und

naturgegeben empfunden.

Beispiele:

A)

B)

Beispiel A zeigt einen Verstoss gegen das Gesetz der Dynamik von links

nach rechts.

Beispiel B verstößt zudem gegen das Gesetz der Einfachheit. Weiterhin

erfolgt in den Zu- und Ableitungen keine Abstufung.


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Das Gemeinsame Schicksal

Unabhängige Gebilde werden als Zusammengehörig empfunden,

wenn sie gemeinsam bewegt werden:

! Zwei Demonstrationsapparaturen werden auf einem Wagen in

den Chemieraum geschoben.

! Zwei Demonstationsexperimente sind bereits am Unterrichts-

anfang am Lehrerarbeitsplatz aufgebaut.

Die Berücksichtigung der vorgestellten Gesetze und die Gestaltung ei-

nes prägnanten Aufbaus verbessert die zeichnerische Wiedergabe eines

Versuchsaufbaus. Zu Berücksichtigen bleibt, daß ein prägnanter Aufbau

nicht allein die Verarbeitung bildlicher Informationen beeinflusst. Den

größten Einfluss hierauf besitzt immer noch der Unterricht.


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DAS SCHÜLEREXPERIMENT

Voraussetzungen für Schülerexperimente:

! Klassenfrequenz

(Die Fachliteratur gibt 20 Schüler als „Schmerzgrenze“ an)

! Geräte- und Sammlungssystem

! Chemikalienbedarf

Organisationsformen

Grundsätzlich werden 3 Organisationsformen im Unterricht verwirklicht:

! Einheitlich: Arbeiten auf gleicher Front

! Differenziert: Getrennt-gemeinschaftliche Arbeitsweise

! Individuell: Regellose Arbeitsweise


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Vor- und Nachteile sowie Einsatzbereiche der Organisationsformen

Arbeitsweise Vorteile Nachteile EinsatzbereichEinheitlich ♦ Gleiche Beob-

achtungen undVersuche

♦ ÖkonomischeVorbereitung, An-leitung undDurchführung

♦ In der Regel glei-che Ergebnisse

♦ Schülerselb-ständigkeitbegrenzt

♦ Frontale Si-tuation, Dar-bietenderUnterricht

♦ Anfangsunter-richt, Entwik-keln undÜben von Ar-beitstechnikenbei typischenPhänomenen

Differenziert ♦ unterschiedlicheErgebnisse zumgleichen Thema inkurzer Zeit

♦ gewisse Selbstän-digkeit der Schü-ler: erzwingt In-formationsaus-tausch

♦ Ermöglichung vonbinnendifferenzie-renden Maßnah-men

♦ Hohe Anfor-derung anden Lehrer(Aufsichts-pflicht, varia-ble Situatio-nen)

♦ Zeitaufwand♦ Koordinierung

der Einzeler-gebnisse

♦ Zur „indukti-ven“ Erarbei-tung von Re-aktionstypenund Gesetz-mäßigkeiten

♦ Lösung einesProblems

Individuell ♦ Berücksichtigungvon Schülerinter-essen

♦ Kognitive Selb-ständigkeit derSchüler bei derAuswahl undDurchführung

♦ Differenzierungs-möglichkeit

♦ Verpflichtung derSchüler zu Infor-mationsdarstel-lung, Kombinationmit anderen Ar-beitstechniken

♦ Zeitaufwendi-ge Vorberei-tung und Hil-festellung

♦ Koordinierungder Informati-onsvielfalt

♦ Bereitstellungvon differen-zierten Aus-wertungshil-fen

♦ Arbeitsge-meinschaften

♦ Program-mierter Unter-richt

♦ Projektunter-richt

♦ Leistungskur-se


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Der Versuchsablauf

! Versuchsvorbereitung

! Versuchsdurchführung

! Versuchsauswertung

! Abräumen des Arbeitsplatzes

Dieser Ablauf wird sich zwingenderweise einstellen, auch wenn man das

Schülerexperiment nicht in ein Schema pressen möchte. Auflockerungen

können z. B. durch Mitarbeit der Schüler bei der Planung und Vorberei-

tung des Experiments erzeugt werden.

Die schriftliche Versuchsvorschrift

Schriftliche Anleitungen für den Schüler müssen

! genau und für den Schüler verständlich abgefasst sein.

! eine Liste der benötigten Geräte und Chemikalien enthalten.

! mit einer Skizze des Versuchsaufbaus versehen sein.

! Hinweise zur Arbeitssicherheit enthalten.

Die schriftliche Versuchanleitung kann an der Tafel erfolgen, mit einem

Overhead-Projektor an die Wand projiziert werden oder am besten für

jeden Schüler als Arbeitsblatt in Kopie verteilt werden.

OUFC

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Negativ-Beispiel:

P

Versuchsanleitung: Wie reagiert Soda mit Salzsäure?

In ein Reagenzglas wird etwas Soda gegeben. Man fügt etwas Salzsäure hinzuund setzt das mit Calciumhydroxidlösung gefüllte Gärröhrchen auf das Reagenz-glas. Beobachtung?

ositiv-Beispiel:
Versuchsanleitung:Wie reagiert Natriumcarbonat (Na2CO3, Soda) mit Salzsäure?
Geräte:Reagenzglas, Reagenzglasständer, Spatel, Gärröhrchen mit durchbohrtem Stop-fen, Tropfpipette

Chemikalien:Natriumcarbonat, Salzsäure (c=2 mol/l), Calciumhydroxidlösung

Versuchsdurchführung:Zunächst wird das Gärröhrchen mit soviel Calciumhydroxidlösung gefüllt, wie es inder Zeichnung zu ersehen ist. In das Reagenzglas gibt man eine Spatelspitze Na-triumcarbonat und anschließend mit der Tropfpipette 20 Tropfen der bereitgestell-ten verdünnten Salzsäure hinzu (Schutzbrille, Handschuhe!). Dann wird das Gär-röhrchen auf das Reagenzglas aufgesetzt.

Versuchsskizze:

Auswertung:Welche Beobachtung kann man machen?

Formuliere die Reaktionsgleichung!

rth / Wolfniversität Bielefeldakultät für Chemiehemie und Didaktik der Chemie Durchführung von Experimenten im Chemieunterricht


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LITERATUR

- Pfeifer, Häusler, Lutz. Konkrete Fachdidaktik Chemie. München: Oldenbourg,

1997.

- Becker, Glöckner, Hoffmann, Jüngel. Fachdidaktik Chemie. Köln: Aulis, 1992.

- Schmidtkunz, Büttner, Naturwissenschaft im Unterricht (Chemie) 3, Heft 14

(1992) 131-135

- Sumfleth, Schmidtkunz, Schoel, Körner, Naturwissenschaft im Unterricht (Che-

mie) 4, Heft 17 (1993) 278-282

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