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Ludwig-Maximilians-Universität München
„Denken in Modellen“ – Auswertung der
Hauptuntersuchung, Optimierung der Modellfilme
und Konzeption von Unterrichtsentwürfen
Zulassungsarbeit zur ersten Staatsprüfung für das Lehramt an
Gymnasien in Bayern
Abteilung Didaktik und Mathetik der Chemie
Betreuende Dozentin: Dr. Kristina Hock
Verfasser: Barbara Rauch
Von-Stuben-Str. 35
87634 Obergünzburg
Jacqueline Weinheimer
Radolfzeller Str. 25
81243 München
Abgabedatum: 08.03.2007
INHALTSVERZEICHNIS
1 Einleitung ......................................... ...................................1
1.1 Modelldenken ....................................... .......................................................... 1
1.2 Fehlvorstellungen .................................. ........................................................ 2
1.3 Animismen.......................................... ............................................................ 5
1.4 Modellvisualisierung am Computer................... ........................................... 6
1.4.1 Verwendung von Animationen......................... .......................................................... 6
1.4.2 Prinzipien des E-Learings .......................... ................................................................ 7
1.4.3 Eigenschaften einer guten, computergestützen Lernum gebung......................... 10
1.5 Unterrichtsplanung................................. ..................................................... 11
1.5.1 Planungsstufen nach Peterßen....................... ......................................................... 11
1.5.2 Diachrone Strukturierung........................... .............................................................. 12
1.5.3 Synchrone Strukturierung........................... ............................................................. 13
1.6 Projektbeschreibung ................................ ................................................... 15
1.7 Ziele.............................................. ................................................................. 15
2 Material und Methoden .............................. ......................17
2.1 Zeitplan der Untersuchung .......................... ............................................... 17
2.2 Projektentstehung.................................. ...................................................... 17
2.3 Modellentwicklung, Unterrichtsentwürfe ............. ...................................... 18
2.3.1 Auswahl der Modellarten:........................... .............................................................. 18
2.3.2 Design............................................. ............................................................................ 19
2.3.3 Auswahl der Themengebiete.......................... .......................................................... 20
2.3.4 Ziele der einzelnen Unterrichtseinheiten ........... ..................................................... 21
2.3.5 Unterrichtsentwürfe ................................ .................................................................. 22
2.3.6 Evaluation ......................................... ......................................................................... 31
2.4 Voruntersuchung - Testlauf ......................... ............................................... 34
2.5 Optimierungen...................................... ........................................................ 34
2.5.1 Optimierung der Software ........................... ............................................................. 34
2.5.2 Optimierung der Tests .............................. ................................................................ 35
2.6 Hauptuntersuchung .................................. ................................................... 44
2.6.1 Schulcharakterisierung............................. ................................................................ 44
2.6.2 Ablauf............................................. ............................................................................. 46
2.7 Datenerhebung...................................... ....................................................... 49
2.7.1 Kriterien.......................................... ............................................................................ 49
2.7.2 Eingabe der Daten .................................. ................................................................... 53
2.7.3 Überprüfung der Daten .............................. ............................................................... 53
2.8 Auswertung ......................................... ......................................................... 54
2.9 Optimierung der Animationsfilme .................... .......................................... 54
3 Ergebnisse ......................................... ...............................55
3.1 Ergebnisse der Hauptuntersuchung ................... ....................................... 55
3.1.1 Vorwissenstest (T0)................................ ................................................................... 55
3.1.2 Testschwierigkeit .................................. .................................................................... 56
3.1.3 Aufgabenkategorien................................. ................................................................. 57
3.1.4 Vergleichbarkeit der einzelnen Gruppen ............. ................................................... 59
3.1.5 Modellgruppen...................................... ..................................................................... 59
3.1.6 Modellgruppe und gezeichnetes Modell ............... .................................................. 63
3.1.7 Einfluss der Modellreihenfolge auf das Verständnis. ............................................ 65
3.1.8 Einfluss des vorher Gesehenen auf das gezeichnete M odell............................... 66
3.1.9 Entwicklung einzelner Schüler im Testverlauf ....... ................................................ 68
3.1.10 Transfer ........................................... ........................................................................... 69
3.1.11 Test 4 (T4)........................................ ........................................................................... 70
3.1.12 Präferenztest (T5) ................................. ..................................................................... 72
3.1.13 Ziele.............................................. ............................................................................... 80
3.1.13.1 Ziele der Unterrichtseinheit zum Thema Schmelzen.......................................... 81
3.1.13.2 Ziele der Unterrichtseinheit zum Thema Lösen.................................................. 82
3.1.13.3 Ziele der Unterrichtseinheit zum Thema Verbrennen......................................... 83
3.1.14 Fehlvorstellungen.................................. .................................................................... 84
3.1.14.1 Das „Teilchen-in-Kontinuum-Problem“ ............................................................... 84
3.1.14.2 Die Fehlvorstellung: „Teilchen ändern Eigenschaften“....................................... 86
3.1.14.3 Das Problem: „Teilchen werden in Wolken zusammengefasst“......................... 89
3.1.14.4 Nomenklaturprobleme bei Wasser- und Kohlenstoff .......................................... 89
3.1.14.5 Kugelmodell wird für eine Abbildung der Wirklichkeit gehalten.......................... 90
3.2 Optimierte Modellfilme ............................. ................................................... 91
3.2.1 Modellfilm zum Thema Aggregatzustände .............. ............................................... 91
3.2.2 Modellfilm zum Thema Lösen ......................... ......................................................... 97
3.2.3 Modellfilm zum Thema Verbrennung ................... ................................................. 102
3.3 Konzeption von Unterrichtsentwürfen ................ ..................................... 108
3.3.1 Unterrichtseinheit zum Thema Aggregatzustände des W assers ....................... 108
3.3.2 Unterrichtsentwürfe zum Thema Lösen................ ................................................ 118
3.3.3 Unterrichtsentwürfe zum Thema Verbrennung.......... .......................................... 126
4 Diskussion ......................................... .............................133
4.1 Diskussion der Ergebnisse der Hauptuntersuchung .... ......................... 133
4.1.1 Beantwortung der Forschungsfragen .................. ................................................. 133
4.1.2 Veränderung der Leistungen der Schüler im Verlauf d er Untersuchung.......... 135
4.1.3 Persönliche Meinung der Schüler zum Projekt ........ ............................................ 136
4.1.4 Lernziele .......................................... ......................................................................... 137
4.1.5 Fehlvorstellungen.................................. .................................................................. 139
4.1.6 Konsequenzen aus der Hauptuntersuchung............. ........................................... 140
4.2 Optimierung der Modellfilme ........................ ............................................ 141
4.2.1 Aufbau der Modellfilme............................. .............................................................. 142
4.2.2 Modellfilm zum Thema Aggregatzustände .............. ............................................. 143
4.2.3 Modellfilm zum Thema Lösen ......................... ....................................................... 143
4.2.4 Modellfilm zum Thema Verbrennung ................... ................................................. 143
4.2.5 Folgerung .......................................... ....................................................................... 144
4.3 Konzeption von Unterrichtsentwürfen................ ..................................... 145
4.3.1 Verfahren und Mittel der Unterrichtsentwürfe....... ............................................... 145
4.3.2 Lernziele und Bildungsstandards.................... ...................................................... 146
4.4 Ausblick........................................... ........................................................... 148
5 Zusammenfassung.................................... .....................150
6 Literatur .......................................... .................................151
7 Danksagung......................................... ...........................155
8 Anhang ............................................. .............................. 156
1 Einleitung
1
1 Einleitung
Bei einer Umfrage der Notre Dame Universität in Indiana, USA wurden Studenten im
Herbst 2000 gefragt, ob sie eine Petition zum Verbot der Chemikalie
"Dihydrogenmonoxid" unterschreiben würden. Zuvor hatte man ihnen erklärt, dass
die Substanz ein Hauptbestandteil des sauren Regens sei und dass sie im
gasförmigen Zustand schwere Verbrennungen verursachen könne. Außerdem könne
versehentliches Einatmen zum Tode führen, die Substanz sei für Erosion
mitverantwortlich, vermindere die Wirksamkeit von Automobilbremsen und sei in
Tumoren von Patienten im Krebs-Endstadium gefunden worden. Als chemisch
gebildeter Mensch kann man darüber nur schmunzeln, aber tatsächlich haben 60%
aller Befragten zugestimmt, Wasser zu verbieten (Dihydrogen Monoxid Organisation,
2007).
Diese Umfrage verdeutlicht die gesellschaftlichen Defizite und die Bildungsrelevanz
für das Fach Chemie, da nicht nur für alle naturwissenschaftlichen oder technischen
Berufe, sondern auch im täglichen Leben chemische Grundkenntnisse nötig sind.
1.1 Modelldenken
Um überhaupt chemisches Grundwissen erlangen zu können, ist die Kenntnis des
Teilchenbegriffs unabdingbar. Ohne sie ist es nicht möglich, die chemische Reaktion
als eine Umgruppierung von Teilchen zu verstehen, was jedoch notwendig wäre, um
alltägliche Vorgänge hinterfragen zu können. So ist man beispielsweise erst dann
dazu in der Lage, ein vermeintliches Wunderputzmittel als nutzlos zu entlarven, wenn
man chemische Grundkenntnisse erworben hat.
Der Transfer von der phänomenologischen auf die submikroskopische Ebene ist
allerdings nicht leicht. Da die Teilchen nicht sichtbar sind, ist es notwendig sie mit
Hilfe eines Modells darzustellen. Derjenige, der dieses entwirft, hat bereits ein
abstraktes Denkmodell der Realität erworben und reduziert es auf ein konkretes
Anschauungsmodell, was unvermeidbar irrelevantes Beiwerk enthält. Die schwierige
Aufgabe der Kinder ist es dann, die wichtigen von den unwichtigen Informationen, die
das Modell liefert zu trennen und in ihren Köpfen ebenfalls ein angemessenes Abbild
der Wirklichkeit zu schaffen (Steinbuch, 1977). Damit sie dieses anspruchsvolle
1 Einleitung
2
Problem lösen können und in der Lage sind den Teilchenbegriff zu verinnerlichen,
sieht der bayerische Lehrplan vor, die Schüler möglichst früh mit ihm zu konfrontieren
werden. So wird er bereits in der vierten Klasse eingeführt. In der 5. Klasse des
Gymnasiums sollen die Schüler1 dann „eine erste Vorstellung vom Aufbau der Stoffe
aus kleinsten Teilchen (haben) und […] wissen, dass Vorgänge in Natur und Technik
mit Stoff- bzw. Energieumwandlung verbunden sind.“ (Lehrplan, G8,
5.Jahrgangsstufe, ISB, 2007).
Die Tatsache, dass das Teilchenmodell schon so früh im Lehrplan Erwähnung findet,
macht es aber notwendig, dieses grundlegende Konzept zum Verständnis von
chemischen Sachverhalten kindgerecht aufzuarbeiten. Obwohl in
den meisten Schulbüchern das klassische Kugelmodell verwendet
wird, gibt es auch Ansätze mit anderen Modelltypen. So finden
sich zum Beispiel bei Klett und C.C. Buchner auch Comicfiguren,
um das Teilchenkonzept zu erklären.
Es gibt allerdings auch Veröffentlichungen, die generell zur Verwendung
verschiedener Modelltypen raten. Waltraud Habelitz-Tkotz (2006) schlägt vor, für
Moleküle als kleine Teilchen eine andere Darstellungsweise zu wählen als für Atome,
da es die Schüler beispielsweise nur unnötig verwirre, Wassermoleküle einmal als
ein Kreis und anschließend als drei Kreise zu erleben.
1.2 Fehlvorstellungen
Da es sich beim Teilchenkonzept also um eine besonders schwierige Materie
handelt, ist es nur natürlich, dass die Lernenden eine Reihe von Fehlvorstellungen
1 Aufgrund besserer Lesbarkeit sind unter dem Begriff Schüler im nachfolgenden Text sowohl die
weiblichen als auch die männlichen Schüler zusammengefasst.
Abb. 1.1-1: Beispiele für Comicdarstellungen
1 Einleitung
3
(Misconceptions) entwickeln. Im Folgenden soll ein kurzer Überblick über die
häufigsten Misconceptions gegeben werden.
Nakhleh (1992) definiert Fehlvorstellungen als sämtliche Konzepte, die vom
allgemein akzeptierten Verständnis eines Fachbegriffs abweichen. Viele der
Fehlvorstellungen basieren auf Mischkonzepten, welche durch Verbindungen von
Alltagserklärungen der Schüler mit naturwissenschaftlichen Phänomenen und
Erklärungsmodellen aus der Schule zustande kommen. Ein Erklärungsansatz für die
Entstehung von Fehlvorstellungen ist das kognitive Lernmodell. Dieses beschreibt
den Vorgang des Lernens als einen aktiven und individuellen Prozess und basiert auf
der Annahme, dass jeder Mensch eine eigene Denkstruktur besitzt, die durch die
erworbenen Kenntnisse und persönlichen Erfahrungen geprägt ist. Der Lernende
bedient sich selektiv aus einer Flut von Informationen. Das Gehirn wählt
Informationen aus, interpretiert diese und verknüpft sie mit den bereits vorhandenen
Kenntnissen. Dabei ist sowohl die Auswahl als auch die Deutung der neuen
Informationen von den Eindrücken und Kenntnissen abhängig, die bereits im
Gedächtnis gespeichert sind. Lassen sich die neuen Informationen nicht
angemessen mit den schon vorhandenen verknüpfen, entstehen Misconceptions
(Nakhleh, 1992).
Zum Beispiel resultiert aus der Vermengung der alltäglichen Vorstellung von Materie
und der Erklärung, dass alle Stoffe diskontinuierlich aus kleinen Teilchen aufgebaut
sind, die Teilchen-in-Kontinuum-Vorstellung. Hier denken die Schüler, dass sich
zwischen den Teilchen das Medium Stoff befinde: „Die Wassermoleküle schwimmen
im Wasser“ (Steffensky et al. 2005, S.274). Schüler können sich folglich nicht
vorstellen, dass zwischen den Teilchen nichts ist. In einer Studie von Barke (2001)
wurden Neunt- bis Elfklässler gefragt, was sich zwischen Butanteilchen befinde. 50%
der Schüler gingen von der Vorstellung aus, dass die Zwischenräume mit Butan, Luft
oder anderer Materie gefüllt sein müssen. Fladt (1984, S.354) beschreibt den leeren
Raum als „das eigentlich Unglaubliche an der Diskontinuumsvorstellung“ und Barke
(2006) vergleicht ihn sogar mit dem „Horror vacui“, wie ihn Aristoteles beschrieben
hat. Mit dieser Abscheu vor der Leere postulierte der Philosoph, dass die Natur vor
leeren Räumen zurückschrecke (Lasswitz, 1890).
Ein weiteres räumliches Problem wird in der Studie von Novick und Nussbaum
(1978) verdeutlicht, in der erforscht wurde, dass einer von sechs Schülern nicht
glaubt, dass die Teilchen überall verteilt seien, sondern dass sie sich innerhalb
1 Einleitung
4
begrenzter Räume konzentrierten. So könnten sich folglich in einem mit Gas gefüllten
Kolben kleine Wölkchen bilden.
Eine weitere Fehlvorstellung stellt die Übertragung von Stoffeigenschaften auf Atome
dar. Oftmals denken Lernende, „dass kleine Teilchen durch das Zerteilen einer
Stoffportion entstehen. Dann müssen die Teilchen als Bruchstücke zwangsläufig die
Eigenschaften des Stoffes aufweisen“ (Steffensky, Parchmann, Schmidt 2005, S.
275). In einer Untersuchung an 15-jährigen Schülern in England wurde festgestellt,
dass ein Drittel aller Schüler alternative Teilchenkonzepte benutzt. Teilchen werden
größer, kleiner oder schmelzen (Brook et al. 1984). Im Extremfall verschwinden die
Teilchen sogar völlig (Vernichtungskonzept, Barke, 2006), was auch oft durch die
Alltagssprache suggeriert wird. So wird Benzin „ver“brannt, Wasser „ver“dunstet und
Zucker wird „auf“gelöst. In diesem Fall kann die Substanz (z.B. Zucker) sogar
aufhören zu existieren und trotzdem bleibt der Geschmack (z.B. süß) erhalten
(Barker 2000).
Zudem lässt sich feststellen, dass die wenigsten Kinder, die das Teilchenkonzept
benutzen, dies durchgängig verwenden. Martina Nieswandt (2001) hat dazu vier
neunte Klassen untersucht. Sie konzipierte drei Unterrichtseinheiten zum Thema
Stoffumbildung (Eigenschaftsänderung der Stoffe, Mischungen und Entmischungen
der Stoffe, Verbrennungsreaktionen) und testete das Wissen, das die Lernenden
dabei erworben hatten. Hierbei zeigte sich, dass kein einziger Schüler „ein globales
Verständnis von dem chemischen Konzept Stoffumbildung entwickelt hat.“(S.40). Die
Mehrzahl der Jugendlichen gab nur zu einem Thema Antworten, die der Kategorie
„wissenschaftliche Erklärung“ zugeordnet werden konnten. Auch Stavy (1988) kommt
zu dem Ergebnis, dass das Teilchenmodell nicht konsequent angewendet wird, da es
den Schülern offenbar weniger schwer fällt, Stoffe in der Gasphase auf
Teilchenebene darzustellen, als Feststoffe und Flüssigkeiten.
Der letzte häufig vorkommende Irrtum, dem wir uns widmen wollen, ist die Tatsache,
dass Schüler oftmals denken, Modelle seien ein Abbild der Wirklichkeit. „Den
Lernenden fehlt metakonzeptuelles Wissen und damit die Fähigkeit zwischen
Modellen […] und Realem zu unterscheiden. Auch wird ihnen der hypothetische
Charakter der Teilchenmodelle nicht bewusst“ (Mikelskis-Seifert, 2003). Aus ihrer
Untersuchung von 1998 geht hervor, dass etwa 50% der Schüler Modelle als Teil der
Wirklichkeit ansehen. Um diesem Problem zu begegnen, schlagen Roer und Börner
(1993) vor, makroskopische Repräsentationen zu verwenden, die jegliche
1 Einleitung
5
Verwechslung von Modell und Realität ausschließen, wie z.B. kleine Männchen oder
Herzen.
1.3 Animismen
Schon in den sechziger Jahren gab es eine heftige Kontroverse die Verwendung
animistischer Erklärungskonzepte in den Naturwissenschaften betreffend. Nach
Püttenschneider und Lück versteht man unter dem Begriff des Animismus „eine
Beseelung der unbelebten Natur mittels Analogie- und Metaphernbildung“ (2004,
S167). Diese galt als inakzeptabel und hinderlich in der Förderung des
naturwissenschaftlichen Verständnisses und als Auslöser von Fehlvorstellungen.
Dem setzte Wagenschein entgegen, dass „die magisch-animistische Schicht in der
kognitiven Entwicklung nicht einfach abbricht, sondern dass sie sich nach innen
zurück zieht und dort weiterlebt“ (1965, S.55).
Zur aktuellen Diskussion führen Watts und Bentley an: „A science that is alive,
animate and caring of relationships is a model which may be imperfect by the
standards of objective causal and mechanic orthodoxy. But is it any more imperfect
than any other model used in school science?” (1994, S. 96). Außerdem zeigen erste
Ergebnisse der Studie von Püttschneider und Lück (2004), dass die Schüler die
animistische Vermittlung nahezu vollständig positiv bewerten und ihnen gleichzeitig
der Modellcharakter bewusst ist. Des Weiteren scheinen Animismen
verständnisfördernd zu sein und somit einen nachhaltigen motivationalen Effekt auf
den Lernprozess auszuüben.
Ein Unterrichtskonzept, in dem Animismen eine große Rolle spielen, ist der narrative
Chemieunterricht. Hierbei macht man sich zu Nutze, dass Menschen ihre
Erfahrungen häufig in Form von Geschichten strukturieren (Bruner, 1996), weshalb
es nicht verwunderlich ist, dass Erzählungen nachweislich die Speicherung und den
Zugriff auf die Inhalte erleichtern (Mandler, 1984). Das wird auch von Mannß,
Möllering und Zabel bestätigt. Sie stellen fest, dass narrative Unterricht bei den
Schülern großen Anklang findet und die Nachhaltigkeit des Erlernten fördert (2005).
1 Einleitung
6
1.4 Modellvisualisierung am Computer
1.4.1 Verwendung von Animationen
Eine weitere Möglichkeit, den Einstieg in die submikroskopische Ebene zu
erleichtern, ist die Visualisierung am Computer. Hierzu liegen bereits einige
Ergebnisse aus Studien vor, die im Folgenden knapp dargestellt werden sollen.
So gewinnen Schanze, Nick und Urhahne die Erkenntnis, „dass Chemienovizen […]
von 3D-Simulationen profitieren und diese somit eine sinnvolle Ergänzung für den
Chemieanfangsunterricht versprechen.“ (2002, S. 193)
Mit Hilfe eines Computersimulationsprogramms untersuchten Sumfleth und Holstein,
ob animierte Bilder einen Vorteil beim Verstehen des Kugelteilchenmodells böten
(2005), was anhand der gesammelten Daten bestätigt werden konnte. Zu einem
ähnlichen Ergebnis kommen auch Yerzierski und Birk (2006). Hier lernte ebenfalls
eine Gruppe mit animierten und eine mit statischen Abbildungen zum
Teilchenmodell, wobei die erste Gruppe bei Nachtests signifikant bessere Ergebnisse
erzielte. Ein Grund dafür könnte sein, dass der Abstraktionsgrad der Darstellung
durch die bewegten Bilder reduziert wird. In Bildern können dynamische Vorgänge
nur angedeutet werden, beispielsweise durch Pfeile. Mit Hilfe von Animationen aber
können Bewegungsabläufe vollständig dargestellt werden und müssen nicht erst vom
Lernenden erdacht werden. Durch diese Vereinfachung werden Kapazitäten im
Kurzzeitgedächtnis frei, die für andere Aufgaben zur Verfügung stehen (Rieber &
Kini, 1991). Es gibt auch Schüler, die aufgrund ihres geringen räumlichen
Vorstellungsvermögens solche Leistungen nicht erbringen können. Derartige
Lernende profitieren besonders von Animationen, weil diese den Prozess der
Imagination dynamischer Abläufe ersetzen können (Salomon, 1979).
Weitere Ergebnisse, die für die Verwendung von Animationen sprechen, sind eher im
physikalischen Bereich zu suchen, lassen sich aber durchaus auf die Darstellung des
Teilchenmodells übertragen. So kommen Rieber, Boyce und Assad (1990) bei einer
Studie mit Lernmaterial zum Thema „Newtons Bewegungsgesetzte“ zu der
Erkenntnis, dass Animationen, auch wenn sie nicht zu einer besseren Lernleistung
führen, dennoch für die Encodierung und den Abruf von Informationen aus dem
Gedächtnis eine effektive Hilfestellung bieten können. Aus diesem Grund kann der
Einsatz von Animationen ebenfalls sinnvoll sein.
1 Einleitung
7
Weitere Vorteile von Animationen finden sich bei Lewalter (1997), die sich in ihrer
Studie über die Verwendung von bewegten Bildern mit der Vermittlung von
Astrophysik beschäftigte. Zum einen können Animationen Vorwissensunterschiede
und geringes räumliches Vorstellungsvermögen ausgleichen, was diese
Darstellungsform für Schulklassen prädestiniert. Zum anderen fördert sie Kinder mit
einer geringen Selbstwirksamkeitserwartung, was sich gut bei Mädchen in
naturwissenschaftlichen Fächern beobachten lässt. Lewalter kommt schließlich zu
dem Ergebnis, dass Illustrationen generell immer dann sinnvoll sind, wenn optische
Aspekte, wie zum Beispiel Zeichnungen, prüfungsrelevant sind.
Mahrin (2000) führt an, dass sich nicht nur Bewegungsabläufe, sondern auch die
Dinge, die zu klein sind, um sie in Wirklichkeit wahrzunehmen, hervorragend für
solche Darstellungen eignen. Auch die Tatsache, dass sie beliebig oft wiederholbar
sind, macht sie für das Lernen interessant. Ein letzter und nicht zu verachtender
Pluspunkt für das Lehren mit Animationen ist die Motivation. So veranschaulichen
diese kleinen Filmchen nicht nur den Lernstoff, sie stellen auch eine für Schüler sehr
attraktive Form der Vermittlung dar (Niegemann et al., 2004).
Doch es besteht auch die Gefahr, dass gerade bei Animationen wenig Zeit darauf
verwandt wird, diese näher zu betrachten und zu verstehen. Zu dieser Erkenntnis
kommt Rieber (1989), der Grundschüler prüfte, die entweder mit Bildern oder
Animationen arbeiteten. Hier schnitten die Kinder, die mit den bewegten
Darstellungen lernten nicht besser ab, da sie oberflächlicher in ihrer
Betrachtungsweise waren.
Zusammenfassend kann man also sagen, dass Animationen immer dann sinnvoll
sind, wenn Bewegungsabläufe dargestellt werden sollen und die Lernenden ein
geringes Vorwissen und/oder ein geringes räumliches Vorstellungsvermögen haben.
Dennoch müssen den Schülern Hilfestellungen gegeben werden um selektive
Wahrnehmung zu verhindern. Außerdem brauchen sie Zeit zur Reflexion, damit eine
oberflächliche Betrachtung vermieden werden kann. Des Weiteren sollten
Animationen in unmittelbarem Zusammenhang mit dem Lernstoff stehen und lieber
einfach als mit Informationen überladen sein (Niegemann et al., 2004).
1.4.2 Prinzipien des E-Learings
Die oben genannten Kriterien gelten nicht nur für die bewegten Bilder, sondern auch
für die Lernprogramme, in die sie meist integriert sind. In der Literatur zur
1 Einleitung
8
Konstruktion solcher Software finden sich die sechs Prinzipien E-Learnings
(Niegemann et al., 2004), wobei E-Learning selbst ein Sammelbegriff für die
unterschiedlichsten Formen des Lernens mit technischer bzw. elektronischer
Unterstützung ist (Uni Koblenz, 2007).
Das erste Prinzip stellt das Multimediaprinzip dar, welches besagt, dass eine
Kombination von Text und Grafik besser ist als Text allein. Dieser Grundsatz geht auf
die Theorie der doppelten Kodierung von Paivio (1971) zurück. Er geht von der
Existenz zweier unabhängiger Informationssysteme aus, dem verbalen und dem
nonverbalen System. Das sprachliche System verarbeitet Reize, die sowohl visueller
als auch auditiver Natur sein können, immer aber verbal sind. Das andere System
befasst sich mit nicht-sprachlichen Informationen wie zum Beispiel Bildern,
Geräuschen oder Körperwahrnehmungen. Diese beiden Systeme stehen allerdings
miteinander in Verbindung und so kann durch die Verbindung von Wörtern mit
Bildern im Gehirn ein Wissensgegenstand zweifach kodiert werden. Durch diese
doppelte Speicherung ist solches Wissen besser im Gedächtnis verankert und lässt
sich später auch leichter wieder abrufen. Mayer (2001) konnte in mehreren Studien
dieses Prinzip eindeutig belegen. So erzielten Schüler, die mit Text und Bild lernten,
mindestens 55% höhere Transferleistungen als solche, die ohne Bild arbeiteten.
Der zweite wichtige Grundsatz ist das Kontiguitätsprinzip. Dieses beinhaltet den
Vorschlag, zusammenhängende Wörter und Grafiken gemeinsam darzubieten, wozu
auch gehört, nicht erst nach unten scrollen zu müssen, um einen Text lesen zu
können. Die Förderlichkeit der räumlichen Kontiguität belegte Mayer in einer Studie
aus dem Jahre 1997, bei der 50% der Probanden bessere Lösungen fanden, wenn
sie verbale und visuelle Erklärungen nahe beieinander platziert zu sehen bekamen.
Dass sich zur Erläuterung von Grafiken oder Animationen das gesprochene Wort
besser eignet als das Geschriebene, ist der Inhalt des Modalitätsprinzips. So führt
das Ansprechen mehrerer Sinne zu einem besseren Behalten der Informationen
(Paechter, 1997). Der gesprochene Text erfüllt allerdings noch mehr Aufgaben. Mit
Hilfe eines Sprechers ist es möglich, die Aufmerksamkeit der Schüler auf die
wichtigen Aspekte einer Animation zu lenken, was mit Text in schriftlicher Form
schwierig ist, da die Aufmerksamkeit der Lernenden zwischen dem Text und der
Animation hin und her wechselt. Durch die Bewegung der Bilder ist es nicht möglich,
alle Informationen aus Text und Bild zu bekommen, da der Film bereits ganz andere
Informationen liefert, bis man die Wörter entziffert hat. Außerdem verhindert das
1 Einleitung
9
Einsetzen von Audiosequenzen ein Überladen des Bildschirms, das die
Übersichtlichkeit stark verringern würde, was sich wiederum schlecht auf die
Lernleistung auswirken könnte. Dennoch können sich geschriebener und
gesprochener Text in manchen Fällen sinnvoll ergänzen, wenn beispielsweise
Schlüsselwörter in Schriftform neben der Vertonung dargestellt werden.
Die vierte grundlegende Theorie ist das Redundanzprinzip. Dieses besagt, dass die
gleichzeitige Darbietung von geschriebenem und gesprochenem Text das Lernen
beeinträchtigen kann. Außer in den bereits erwähnten Ausnahmen ist es nicht
sinnvoll, Text und Audiosequenzen parallel zu präsentieren, da hier der
psychologische Vorteil gesprochener Erläuterungen, nämlich die Entlastung des
visuellen Kanals, verloren geht.
Dass auch das Anreichern mit „interessantem Material“ das Lernen beinträchtigen
kann, klingt trivial. Diese aber nicht zu unterschätzende Gefahr beinhaltet das
Kohärenzprinzip. Oftmals neigt man dazu, unterhaltende Animationen oder
stimmungsvolle Musik mit in das Programm einzuarbeiten, was die Lernenden
allerdings von den wichtigen Inhalten ablenken kann.
Das letzte der sechs Prinzipien stellt das Personalisierungspinzip dar, in dem zum
Ausdruck kommt, dass ein personalisierter Stil das Lernen unterstützen kann. Es ist
bekannt, dass sich Lernende mehr anstrengen, wenn sie im Dialog mit einem Partner
stehen. Dies deckt sich mit Ergebnissen von Moreno und Mayer (2000), die
bestätigten, dass Schüler, die in einem Text direkt angesprochen wurden, bis zu 46%
mehr richtige Lösungen fanden als diejenigen, denen ein sachlicher Text vorlag.
Außerdem beinhaltet dieses Prinzip, dass ein umgangssprachlicher Stil förderlich für
die Jugendlichen sein kann. Dies ist auch ein Ergebnis einer Studie von Kandler
(2002), die Kinder und Jugendliche zu positiven und negativen Merkmalen von
Lernprogrammen befragte. Dabei legte sie die Definition von Baumgartner (1997, S
244f) zu Grunde: „Lernsoftware sind jene Programme, die speziell für Lernzwecke
entwickelt und programmiert wurden.“ Das Verwenden einer einfachen Sprache
befindet sich bereits auf Platz 9 der vielen genannten Eigenschaften, die nach
Schülermeinung eine solche Software auszeichnen sollten. Natürlich ist es notwendig
Fachbegriffe zu verwenden, doch müssen diese altersgerecht und verständlich
erklärt werden.
1 Einleitung
10
1.4.3 Eigenschaften einer guten, computergestützen Lernumgebung
Weitere wichtige Aspekte, die von den Schülern in der Untersuchung von Kandler
(2002) über die Merkmale von Lernprogrammen genannt wurden, sind eine
übersichtliche Darstellung und eine leichte Bedienung. Hierzu gehören neben einer
gut lesbaren Schrift auch der gezielte Einsatz von Farben und Bildern. Außerdem
sollte eine Gliederung erkennbar sein und man sollte so wenig wie möglich scrollen
müssen.
Im Bezug auf die Aufgaben haben die Lernenden ebenfalls klare Vorstellungen von
den Anforderungen, die sie an eine gute Software stellen. So sollten der Sinn der
Übungen erkannt und eine Information über die erzielten Ergebnisse gegeben
werden. Ein solches Feedback ist aus psychologischer Sicht durchaus wichtig, da es
die Motivation fördert, vorausgesetzt es ist positiv formuliert. Wenn die Fragen nicht
richtig beantwortet wurden oder zu schwierig sind, wünschen sich die 10 – 14-
jährigen Hilfestellungen.
Selbstverständlich möchten die Jugendlichen auch Spaß mit dem Programm haben.
Aber das ist auch für den Macher einer solchen Lernumgebung erstrebenswert, da
Freude am Lernen die Motivation steigert.
Vor allem die jungen Männer legen Wert auf eine moderne Grafik und Musik oder
Sound. Hier ist allerdings ein sparsamer Einsatz empfehlenswert. Zwar kann
musikalische Untermalung mehrere psychologische Effekte erfüllen, wie
Unterhaltung, Vergnügen aber auch emotionalen Ausdruck. Im Zusammenhang mit
E-Learning eignet sie sich allerdings nur für den Aufmerksamkeitsgewinn und die
Motivierung, da es sonst zu Verstößen gegen das Kohärenzprinzip kommen kann
(Niegemann et al., 2004). Auch ein mit Grafiken überladener Bildschirm und
verschiedene Soundeffekte können deshalb mehr hinderlich als motivierend wirken.
Insgesamt bietet das Lernen am Computer viele Vorteile (Kandler, 2004). Der PC hat
viel Geduld und ärgert sich nicht, außerdem bleiben Fehler anonym und die Schüler
haben nicht das Gefühl sich vor der ganzen Klasse zu blamieren. Auch das
spielerische Lernen, dass durch viel Spaß gekennzeichnet ist, spricht für solche
Lernumgebungen.
Deshalb sollte man auf den richtigen Aufbau einer solchen Software großen Wert
legen um die positiven Aspekte effektiv nutzen zu können. Ein grundlegendes
Interesse der Lernenden kann dabei vorausgesetzt werden. So ermittelte Kandler
1 Einleitung
11
(2004), dass lediglich 1% der Schüler kein Interesse an der Computernutzung haben,
wie Abbildung 1.2-1 verdeutlicht.
65%
32%
1%
2%
viel Interesse
etwas Interesse
kein Interesse
Fehlend
Abb. 1.4-1: Höhe des allgemeinen Interesses an der Computernutzung von Schülern (n=816);
Kandler, 2004
1.5 Unterrichtsplanung
1.5.1 Planungsstufen nach Peterßen
Auch bei herkömmlichem Unterricht bedarf es einer detaillierten Planung. Peterßen
(1998) nennt folgende Planungsstufen des Unterrichts (gekürzt).
Stufe Aussagen über
Lehrplan/
Curriculum
Schulspezifische Lernziele:
- synchron nach Fächern
- diachron nach Bildungsstufen
Jahresplan Lernziele und Themen, die im Verlauf eines Schuljahres in
einzelnen Fächern zu behandeln sind
Arbeitsplan Diachrone Ordnung von Lernzielen für ein Schuljahr
Mittelfristige
Unterrichtseinheit
Folge von Lernzielen- und themen für 1-3 wöchige Einheiten
sowie zu ihrer Aktualisierung erforderlichen Verfahren und Mittel
Unterrichtsentwurf Lernziele für begrenzte Einheiten (45 o. 90min) und alle für ihre
Erreichung erforderlichen didaktischen Aktivitäten
Tab. 1.5-1: Planungsstufen des Unterrichts nach Pet erßen
1 Einleitung
12
Die beiden letzten Stufen sollen auf Grund der Relevanz für diese Arbeit noch näher
erläutert werden.
Die Funktion der mittelfristigen Unterrichtseinheit ist es, die Zielsetzungen und
Themen des Arbeitsplanes in ein „erfolgssicherndes Lehr- und Lerngefüge für den
real zur Verfügung stehenden Zeitraum von 1- 3 Wochen umzusetzen“ (Peterßen,
1998). Hierbei muss man sich Gedanken zu verfügbarer Zeit, einem übergeordneten
Lernziel und den Lernmitteln machen. Auch zu welcher Tageszeit die jeweilige
Stunde stattfindet und ob z. B. ein Wandertag in diese Zeit fällt, gehört mit zur
Planung einer mittelfristigen Unterrichtseinheit.
Nach erfolgreichem Abschluss dieser Planungsphase kann sich dem
Unterrichtsentwurf gewidmet werden. Dessen Aufbau teilt sich in eine diachrone und
eine synchrone Strukturierung, die im Folgenden dargestellt werden soll.
1.5.2 Diachrone Strukturierung
Bei der diachronen Strukturierung geht es um die Abgrenzung von Schritten des
Unterrichts, was Herbart (1906) „Artikulation“ des Unterrichts nannte.
Hier soll kurz das Artikulationsschema von Bieberbach (2006) aufgezeigt werden, die
fünf Stufen nennt, die auf jede Unterrichtstunde anwendbar sein sollen.
1. Hinführung Motivation und Problemstellung
2. Vermutungen Meinungsbildung und Lösungsplanung
3. Problemlösung Erarbeitung der Lernziele
4. Sicherung Festigung
5. Vertiefung Ausweitung / Transfer / Wertung
Tab. 1.5-2: Artikulationsstufen nach Bieberbach
Die Hinführung zum Thema besteht aus zwei Bereichen, der Motivationsphase und
der Problemstellung. Nach Schiefele (1984) bedeutet Motivation das Schaffen einer
positiven Lerneinstellung während des gesamten Lernvorgangs, weswegen diese
Phase also keineswegs vernachlässigt werden sollte. Motivierende Elemente können
beispielsweise ein Alltagsbezug oder auch ein Experiment sein (Pfeifer et al., 2002).
Dieses eignet sich aber auch sehr gut als Element der Problemstellung. Gleichgültig
an welcher Stelle des Unterrichts ein Versuch eingesetzt wird, in einem interessanten
1 Einleitung
13
Chemieunterricht darf diese wichtige fachgemäße Arbeitsweise nicht fehlen. Nicht
nur die Bildungsfunktion des Experiments, wie etwa die Schulung des kausalen und
funktionalen Denkens, sondern auch die konkrete Erfahrung von Chemikalien und
die Eigentätigkeit der Schüler, vor allem beim Schülerexperiment, sprechen für das
Experimentieren im Chemieunterricht (Bader, 2002). Auch die Tatsache, dass andere
Arbeitsweisen, wie das Betrachten und Beobachten in einem experimentellen
Unterricht auftreten, begründet das Experiment als Unterrichtsbestandteil.
Die Meinungsbildung und Lösungsplanung findet meist in Form eines
Unterrichtsgesprächs statt. Hier können die Schüler Vermutungen äußern, welche in
der nächsten Stufe bestätigt oder widerlegt werden.
Sogar in der dritten Stufe, der Problemlösung, können Experimente eingesetzt
werden, was nochmals die Vielseitigkeit dieses Elements zeigt. Aber auch eine
andere fachgemäße Arbeitsweise, das Arbeiten mit Modellen, kann zur Lösung des
Problems führen. Hier kann der Lehrer sich entschieden, ob der Lösungsweg
dargeboten wird, oder die Schüler ihn selbst erarbeiten sollen.
Gesichert werden die Ergebnisse meist in schriftlicher Form, mit einem Hefteintrag
oder Arbeitsblatt. Um das Gelernte zu festigen, eignen sich auch Aufgaben, die den
Schüler dazu bewegen, sich Gedanken zum Thema zu machen. Eine andere
Möglichkeit der Festigung ist die Wiederholung des Gelernten, also das Üben. Laut
Schröder (2002) dient dieses Unterrichtsprinzip der Erfolgssicherung im Unterricht.
In der letzen Artikulationsstufe soll das Erarbeitete vertieft werden, was zum Beispiel
durch das Vergleichen mit Ähnlichem oder durch das Finden von Gesetzmäßigkeiten
erreicht werden kann.
1.5.3 Synchrone Strukturierung
Bei der synchronen Strukturierung geht es im Gegensatz zur diachronen
Strukturierung um die Abstimmung gleichzeitig vorgesehener didaktischer
Maßnahmen. Heimann (1965) erkannte so genannte „Entscheidungsfelder“, die
erklären, welche Entscheidungen ein Lehrer treffen muss und dass sie aufeinander
zu beziehen sind. Im Einzelnen sind dies:
- Lernziele
Welche Zielsetzungen sollen die Schüler erreichen?
- Lerninhalte
Woran sollen die Ziele verwirklicht werden?
1 Einleitung
14
- Lernverfahren
Welche Wege sollen zu Verwirklichung der Ziele eingeschlagen werden?
- Lernmittel
Welche Mittel (Objekte, Medien…) sollen eingesetzt werden
- Sozialformen
Soll, nach Kösel (1973), Frontalunterricht, Partnerarbeit, Gruppenarbeit oder
Alleinarbeit durchgeführt werden?
lDer Unterrichtsentwurf, der den Abschluss der Planungsphasen darstellt, ist also
recht aufwändig. Für einen guten Unterricht ist es aber unabdingbar, eine
Unterrichtstunde nach einem Artikulationsschema aufzubauen und die
Entscheidungsfelder zu berücksichtigen.
1.5.4 Bildungsstandards
Ein letzter Punkt, der bei der Planung von Unterricht beachtet werden sollte,
beschäftigt sich mit den, von der Kultusministerkonferenz 2004 vereinbarten
Bildungsstandards. Für das Fach Chemie wurden folgende Fachkompetenzen
angegeben.
Fachwissen chemische Phänomene, Begriffe, Gesetzmäßigkeiten kenne
und Basiskonzepten zuordnen
Erkenntnisgewinnung Experimentelle und andere Untersuchungsmethoden
Kommunikation Informationen sach- und fachbezogen erschließen und
austauschen
Bewertung chemische Sachverhalte in verschiedenen Kontexten
erkennen und bewerten
Tab. 1.5-3: Kompetenzbereiche im Fach Chemie
Diese Kompetenzbereiche gelten für den mittleren Schulabschluss im Fach Chemie.
Die Lernziele, die bei den einzelnen Unterrichtsentwürfen erreicht werden sollen,
sollten den vier Bildungsstandards genügen.
1 Einleitung
15
1.6 Projektbeschreibung
Für das Forschungsvorhaben „Denken in Modellen“ (DEMO) kam es zu einer
Zusammenarbeit des Staatsinstituts für Schulqualität und
Bildungsforschung, München (ISB), des Transferzentrums
für Neurowissenschaften und Lernen, Ulm (ZNL) und des
Fachbereichs der Didaktik der Chemie der Ludwig-
Maximilians-Universität, München (LMU). Gegenstand der
Untersuchung ist die Vermittlung des Teilchenmodells in der
fünften Klasse des bayerischen Gymnasiums.
Hierzu stellte man sich folgende Leitfragen:
• Welche modellhaften Darstellungen bevorzugen die jungen Forscher?
• Welche Art von Modell vertieft die Veranschaulichung?
• In welchem Umfang wenden die Schüler Modelle als Erklärungshilfen an?
Um diese Fragen zu klären, wurden drei Modelltypen entwickelt: ein
wissenschaftliches Modell (Kugeln), ein analoges Modell (Legosteine) und ein
Comicmodell (Comicfiguren).
Die drei Alltagsphänomene Schmelzen von Eis, Lösen von Kochsalz und Verbrennen
einer Kerze bildeten den inhaltlichen Kern der Untersuchung. Im Rahmen einer
Lernsoftware konnten die Schüler in Trickfilmen beobachten, wie sich die Teilchen
dabei verhalten. Diese waren als Kugeln, Legosteine oder Comicfiguren dargestellt.
Der Lernfortschritt der Kinder wurde durch Lernstandserhebungen ermittelt, die
anschließend anhand von vorher ausgewählten Kriterien ausgewertet wurden.
Am Ende der Untersuchung wurden die Kinder mit einem unbekannten Sachverhalt
konfrontiert. Sie sahen einen Film zur Entstehung von Theaterblut, wobei sich zeigte,
ob sie Modelle als Erklärungshilfen einsetzen und welche Art von Modell sie
verwenden. Die Frage nach der Beliebtheit der Modelle wurde anschließend mit
einem Präferenztest geklärt.
1.7 Ziele
Diese Arbeit besteht aus zwei Zulassungsarbeiten, in denen neben der
Beantwortung der drei oben genannten Leitfragen untersucht werden soll, wie sich
1 Einleitung
16
die Leistungen der Schüler im Verlauf der Untersuchung veränderten. Hierbei soll
sowohl die Schwierigkeit der Lernzielkontrollen, als auch der Einfluss der
Modellreihenfolge betrachtet werden. Außerdem soll anhand der persönlichen
Meinung der Schüler über das Projekt geprüft werden, inwieweit das Lernmaterial
geändert werden müsste. Des Weiteren könnten das Verfehlen der Lernziele der
einzelnen Unterrichtseinheiten und die entstandenen Fehlvorstellungen Aufschluss
über Mängel der Lernsoftware geben.
Auf Grund dieser Ergebnisse sollen die Trickfilme schließlich verbessert werden, da
sich diese Arbeit zum Ziel gesetzt hat, die Filme so zu verändern, dass sie sinnvoll im
Unterricht einsetzbar sind (Arbeit von Jacqueline Weinheimer). Zusätzlich sollen
Unterrichtsentwürfe zu den jeweiligen Themen erstellt werden (Arbeit von Barbara
Rauch). Auch hier wird versucht, mit Hilfe der Ergebnisse einen Unterricht zu
konzipieren, der auf den Modellfilmen basiert, zum Erreichen der Lernziele beiträgt
und möglichst wenige Fehlvorstellungen hervorruft.
2 Material und Methoden
17
2 Material und Methoden
2.1 Zeitplan der Untersuchung
Da es sich bei dieser Studie um eine relativ aufwendige Untersuchung mit Vortest
und vielen zusammenarbeitenden Instituten handelt, soll in Abbildung 2.1-1 kurz ein
zeitlicher Abriss aufgezeigt werden, damit man sich bei den Beschreibungen der ein-
zelnen, chronologisch angeordneten Unterpunkte leichter orientieren kann.
Abb. 2.1-1: Zeitplan der Untersuchung
2.2 Projektentstehung
Das Projekt „Denken in Modellen“ entstand aus einer Zusammenarbeit der beiden
Institute ZNL (Transferzentrum für Neurowissenschaften und Lernen) und ISB
(Staatsinstitut für Schulqualität und Bildungsforschung). Gegenstand dieser Untersu-
chung sollte die Vermittlung des Teilchenbegriffs in der fünften Klasse am Gymnasi-
um im Fach „Natur und Technik“ sein, da diesem grundlegenden, chemischen Kon-
zept, wie bereits ausgeführt, größte Bedeutung beim Verständnis von Naturwissen-
schaften zukommt.
Da für aussagekräftige Ergebnisse eine entsprechend große Zahl an Kindern not-
wendig wäre, musste ein Weg gefunden werden, der die Vermittlung des Teilchen-
konzepts unabhängig von der Lehrperson macht. Weil dies selbst dann nicht möglich
gewesen wäre, wenn in allen teilnehmenden Klassen die gleiche Person unterrichtet
hätte, einigte man sich auf ein computergestütztes Untersuchungsdesign. Die LMU
(Ludwig-Maximilians-Universität) wurde hinzugezogen, als es um die inhaltliche Kon-
zeptionierung der Modelle und der Lerneinheiten ging.
Sept. ‘05 Okt. ‘06 Feb. ‘06 Jan. ‘07
Projekt-
entste-
hung
Modell-
entwicklung,
Unterrichts-
entwürfe
Testlauf Haupt-
untersuchung,
Datenerhebung
Auswertung,
Abschlussbericht
Juni ‘06
Korrektur
2 Material und Methoden
18
2.3 Modellentwicklung, Unterrichtsentwürfe
Um die Leitfragen zu beantworten, welche Art von Modellen die Lernenden bevorzu-
gen und welche der Veranschaulichung dienen, mussten den Kindern mehrere zur
Auswahl gegeben werden. Zur statistischen Auswertbarkeit wurde eine Stichproben-
größe von mindestens 20 Schülern pro Zelle vereinbart.
2.3.1 Auswahl der Modellarten:
Man entschied sich für drei unterschiedliche Modelltypen, die im Folgenden darge-
stellt werden sollen:
Abb. 2.3-1: die verwendeten Modellarten
Das Kugelmodell wurde gewählt, weil es die klassische Darstellungsweise in der Na-
turwissenschaft ist. Es stellt eine maximale Vereinfachung mit kaum irrelevanten mo-
delleigenen Eigenschaften dar und wird deshalb von Naturwissenschaftlern bevor-
zugt. Dennoch wird von den Kindern, wie bereits in Kapitel 1.2 erläutert, oft der Mo-
dellcharakter nicht erkannt. Außerdem könnten die Kugeln durch ihre Sachlichkeit
nicht kindgerecht sein und so die Fünftklässler nicht ansprechen.
Als weitere Modellart wählte man Comicfiguren, welche schon in einigen Schulbü-
chern und Unterrichtsmaterialien verwendet werden. Es handelt sich hierbei um eine
für Schüler sehr eingängige Darstellungsweise, da die Beseeltheit andere, oft auch
leichter zu verstehende Erklärungen zulässt. Der narrative Charakter solcher Be-
schreibungen trägt zudem zum besonders guten Erinnern bei. Außerdem wird eine
emotionale Anknüpfung auf Seiten des Schülers möglich, was zu größerer Motivation
führen kann. Dennoch sind auch die Bedenken, dass eine solche unwissenschaftli-
che Erklärung viel Raum für Fehlvorstellungen bietet, noch nicht gänzlich ausge-
räumt. Gerade bei jüngeren Kindern, die noch kein intensives Verständnis von beleb-
ter und unbelebter Natur haben, gibt es solche Befürchtungen. Des Weiteren bleibt
abzuwarten, ob eine solche Darstellungsweise die Lernenden nicht vom Wesentli-
chen ablenkt.
2 Material und Methoden
19
Als Anlehnung an die haptischen Modellbaukästen aus dem Chemieunterricht sollten
Legosteine als dritte Modellart verwendet werden. „Legos“ befinden sich im Erfah-
rungsraum von Schülern der fünften Klasse und die Modellhaftigkeit wird hier beson-
ders deutlich. Außerdem könnten diese Steine die Kinder zum selbstständigen Bau-
en anregen, was gerade Lernenden des motorischen Lerntyps entgegen käme. Lei-
der ist hierbei nur die Darstellung von einfachen Molekülen möglich, da den Möglich-
keiten beim Zusammenstecken der Bausteine Grenzen gesetzt sind, was später ein
anderes Modell nötig macht.
Aus unserer Sicht bietet also jedes Modell eigene Vor- und Nachteile.
Vorteile Nachteile
Kugelmodell - klar, übersichtlich
- in Wissenschaft üblich
- kein Modellcharakter
- nicht kindgerecht
Legomodell
- Kennt jeder,
- übersichtlich
- regt zum Bauen an
Modellcharakter klar
- nur Darstellung einfacher
Moleküle möglich
Comicmodell
- Geschichten kann man sich bes-
ser merken
- Spaß als Motivation
- Modellcharakter klar
- lenkt vom Wesentlichen ab
- viel Platz für Fehlvorstellungen
Tab. 2.3-1: Vor- und Nachteile der verschiedenen Mo dellarten
2.3.2 Design
Damit die Schüler sich für eines der Modelle als Erklärungskonzept entscheiden kon-
nten, mussten sie alle einmal gesehen haben, weshalb drei Versuchstage mit jeweils
einem anderen Thema nötig waren. Es hätte allerdings sein können, dass die Wahl
des Modells mit dem Inhalt der Stunde korreliert, da es wohl unmöglich sein dürfte,
Themen mit gleichem Schwierigkeits- und Interessantheitsgrad zu finden. Um dies zu
vermeiden, wurden die Kinder in Gruppen eingeteilt, die bei jeder Unterrichtseinheit
ein anderes Modell sahen. Das genaue Design wird in Tabelle 2.3-1 dargestellt.
2 Material und Methoden
20
Themen Thema 1 Thema 2 Thema 3
Gruppe A Kugeln Comic Lego
Gruppe B Lego Kugeln Comic
Gruppe C Comic Lego Kugeln
Tab. 2.3-2: Versuchsdesign
2.3.3 Auswahl der Themengebiete
Als nächstes wandte man sich der Auswahl der Themengebiete zu. Anfänglich wollte
man spektakuläre Phänomene wie z.B. den Lotus-Effekt wählen, was allerdings dar-
an scheiterte, dass man hierfür bereits ein naturwissenschaftliches Grundwissen be-
nötigt. Schließlich entschied man sich für grundlegende Themen, die dem bayeri-
schen Lehrplan der fünften Klasse am Gymnasium entnommen wurden (Lehrplan,
G8, 5. Jahrgangsstufe, ISB, 2007).
Die Wahl fiel auf die drei Phänomene: Schmelzen von Eis, Lösen von Kochsalz und
Verbrennen einer Kerze. Im Wesentlichen fallen diese in die zwei Themenbereiche
„Wasser“ und „Stoffe und Materialien“:
2.51.1. „Wasser
• Aggregatzustände, Wasser als Lösungsmittel
[…]
2.51.2. Stoffe und Materialien
• Stoffeigenschaften (z. B. Farbe, Löseverhalten, Dichte), Mischen und Trennen von Stoffen,
Stoffumwandlung [→ NT 5.2.2]
• weitere Erfahrungen und Anwendungen zur Auswahl: Verschiedenartigkeit von Materialien,
Materialbearbeitung, Stabilität (Grashalm, Knochen, Hochhaus), Verbrennung, Indikatoren
aus Pflanzen“
2 Material und Methoden
21
So beinhaltet das Schmelzen von Eis die „Aggregatzustände“ und das Lösen des
Kochsalzkristalls in Wasser die Punkte „Wasser als Lösungsmittel“, „Löseverhalten“
sowie „Mischen […] von Stoffen“. Beim Verbrennen einer Kerze wendet man sich
dann den „Stoffumwandlungen“ zu, wobei „Verbrennungen“ auch explizit noch einmal
erwähnt werden.
Da die drei Themen unterschiedliche Schwierigkeitsgrade aufweisen, ist es sinnvoll,
sie nach den Selbigen zu sortieren und mit dem Leichtesten zu beginnen, weshalb
die Reihenfolge: Schmelzen, Lösen, Verbrennen gewählt wurden. Um das Phäno-
men „Schmelzen“ verstehen zu können, muss man wissen, dass Wasser aus kleins-
ten Teilchen besteht. Ohne dieses Verständnis ist es nicht möglich den Lösevorgang
zu begreifen, weshalb diese beiden Lerneinheiten aufeinander aufbauen. Der chemi-
sche Vorgang der Verbrennung lässt sich nur erklären, wenn man schon ein fundier-
tes Teilchenverständnis hat. Deshalb steht dieses Phänomen am Schluss. Zudem
dürfte der Schwierigkeitsgrad der ausgewählten Unterrichtsinhalte auch mit dem
Vorwissen der Kinder korrelieren. Einige von ihnen haben die Aggregatzustandsän-
derung bereits in der Grundschule auf Teilchenebene kennen gelernt, da das ein
Thema des Lehrplans ist. Die chemische Reaktion dürfte dem größten Teil allerdings
fremd sein, weil es sich hier um ein sehr komplexes Konzept handelt, das erstmals
explizit im Lehrplan der achten Klasse auftaucht.
2.3.4 Ziele der einzelnen Unterrichtseinheiten
Als oberstes, gemeinsames Ziel der drei Unterrichtseinheiten ist die Vermittlung des
Teilchenbegriffs anzusehen, wobei die Kinder verstehen sollen, dass Stoffe aus klei-
nen Teilchen aufgebaut sind. Des Weiteren ergaben sich für die einzelnen Unter-
richtsstunden noch weitere Feinziele.
Die Schüler sollen nach der ersten Lerneinheit
• wissen, dass Wasser aus kleinsten Teilchen besteht.
• verstehen, was beim Schmelzen vor sich geht.
• sich erklären können, wie sich die Wasserteilchen im gasförmigen Zustand
verhalten.
2 Material und Methoden
22
Nach der Unterrichtsstunde zum Thema Lösen sollen die Kinder
• erkennen, dass Salz aus zwei Arten von Teilchen besteht.
• wissen, dass die Teilchen im Salzkristall regelmäßig angeordnet sind.
• verstehen, dass ein gelöster Stoff nicht verschwindet.
Die Lernenden sollen nach der letzten Einheit
• den Molekül- und Atombegriff kennen.
• verstehen, dass gleiche Atome in verschiedenen Molekülen mit ganz unter-
schiedlichen Eigenschaften vorkommen können.
• wissen, was bei einer chemischen Reaktion passiert.
2.3.5 Unterrichtsentwürfe
Im Anschluss an die Ausarbeitung der Ziele begann die Forschungsgruppe mit der
Entwicklung der Unterrichtsentwürfe. Der Aufbau der Unterrichtseinheiten orientiert
sich an dem Artikulationsmodell von Bieberbach für den normalen Unterricht, das aus
den fünf Stufen Hinführung, Vermutungen, Problemlösung, Festigung und Vertiefung
besteht.
Jede Lerneinheit ist aus den gleichen sechs Teilen aufgebaut, die sich innerhalb des
Stundenkonzepts wieder finden.
Abb. 2.3-2: Integration der Teile der Lerneinheit i n das Stundenschema
2 Material und Methoden
23
Hinführung:
Der erste Teil der Hinführung ist die Motivationsphase, die aus zwei Elementen ge-
bildet wird – dem Musikclip und dem Brainstorming:
Musikclip
Hierbei handelt es sich um eine Abfolge von zum Thema passenden Fotos mit All-
tagsbezug. Bei der Unterrichtseinheit zum Lösen sehen die Schüler beispielsweise
Teebeutel, sich lösendes Salz und eine Brausetablette. Diese Verknüpfung mit der
eigenen Lebenswelt der Kinder fördert die Motivation (vgl. Kap. 1.5).
Dasselbe bewirkt die ansprechende Musik, mit der die Filme unterlegt wurden (vgl.
Kap. 1.4). Es handelt sich dabei um folgende Titel:
„Ice, ice baby“ von Vanilla Ice, „Sugar and spice“ von The Searchers und „911“ von
Wyclif Jean.
Abb. 2.3-3: Eindrücke aus den verschiedenen Motivat ionsclips
Brainstorming
In diesem Teil werden die Schüler aufgefordert sich Gedanken zu den Alltagsphä-
nomenen zu machen. Einige Wörter zum jeweiligen Thema sollen in ein Feld einge-
ben werden. Diese Wort-Assoziationen sollen ein leichteres Verknüpfen des Neuen
mit dem Vorwissen ermöglichen, was zum Lernen notwendig ist (vgl. Kap. 1.2)
Abb. 2.3-4: Fenster, in das die Wortassoziationen z u den einzelnen Themen einzutragen sind
2 Material und Methoden
24
Der zweite Teil der Hinführung ist die Problemstellung, die in Form eines Experi-
ments aufgezeigt wird. Für die Verwendung dieser wissenschaftlichen Arbeitsweise
gibt es mehrere Gründe, die bereits in Kapitel 1.5 erläutert wurden. Der Versuch wird
den Schülern in einem Laborfilm dargeboten.
Laborfilm
Hier werden Versuche durchgeführt. Zu Beginn jedes Filmes, in denen allen Labor-
atmosphäre herrscht, werden zunächst die verwendeten Chemikalien und der Ver-
suchaufbau gezeigt. Anschließend wird der Versuch durchgeführt und zugleich von
einer Sprecherin beschrieben. Am Ende des Films wird die Problemstellung in Form
einer Frage aufgezeigt.
Schmelzen
Im Film zum Schmelzen wird ein Eisblock in einer
pneumatischen Wanne mit Hilfe eines Bunsenbren-
ners zum Schmelzen gebracht. Die Temperaturän-
derung kann an einem digitalen Thermometer abge-
lesen werden. Mit einem Spatellöffel wird deutlich
gemacht, dass das gefrorene Wasser, im Vergleich
zum flüssigen, fest und undurchlässig ist.
2 Material und Methoden
25
Lösen
Im zweiten Film zum Thema Lösen wird zunächst
Wasser in ein Becherglas gegeben. Das Salz, wel-
ches in das Glas geschüttet wird, bildet einen Bo-
densatz, der mit einem Löffel aufgewirbelt wird.
Nach einiger Zeit wird die Lösung klar, das Salz hat
sich gelöst.
Verbrennung
Der Verbrennungsfilm ist wesentlich länger als die
beiden anderen Filme, da dieses chemische Phä-
nomen komplizierter ist. Eine Kerze wird auf eine
Waage gestellt und angezündet, auf deren Anzei-
ge man im Verlauf des Versuchs erkennen kann,
dass die Kerze leichter wird. Aus dem Wachs ent-
stehen durch eine chemische Reaktion andere
Stoffe. Es wird schließlich demonstriert wie sich an
einer Porzellanschale, die über die Kerze gehalten
wird, Ruß und an einem Uhrglas Wassertröpfchen
absetzen. Die Entstehung von Ruß und Wasser
aus dem Wachs der Kerze wurden somit nachge-
wiesen.
Vermutung:
Die Stufe „Vermutung“ des Artikulationsmodells kann in so einem computergestütz-
ten Versuchsdesign nicht berücksichtigt werden. Die Lösungsplanung findet oft in
einem Unterrichtsgespräch statt, was hier nicht möglich ist.
Problemlösung:
Um verstehen zu können was genau geschieht, werden den Schülern in der Phase
der Problemlösung animierte Filme mit den verschiedenen Teilchenmodellen gezeigt.
2 Material und Methoden
26
Modellfilm
Im Modellfilm wird das jeweilige Alltagsphänomen auf Teilchenebene dargestellt. Zu
jedem Thema gibt es drei verschiedene Animationsfilme mit den vorhin vorgestellten
Modellen (Kugeln, Legosteine und Comicfiguren), von denen die Kinder nur jeweils
eines zu sehen bekamen. Aus den in Kapitel 1.4 genannten Gründen eignet sich die-
ser Trickfilm besonders zur Vermittlung des Teilchenbegriffs.
Der Ablauf der Videos ist immer gleich: Zunächst wird das Phänomen gezeigt, das
dann von der Darstellung auf Teilchenebene überblendet wird. Um die Aufmerksam-
keit auf einzelne Teilchen zu lenken, wird mit Hilfe einer Lupeneinstellung fortgefah-
ren. Hier kann man nun den eigentlichen Vorgang, zum Beispiel das Herauslösen
einzelner Salzteilchen aus dem Kristall beobachten. Danach kommt man über die
Darstellung des Gesamtversuchsaufbaus auf Teilchenebene wieder zurück zum
Phänomen selbst.
Zusätzlich erklärt die Sprecherin während des gesamten Films, was passiert, wobei
sie die Schüler direkt anspricht. Damit ist es möglich die Aufmerksamkeit der Kinder
auf die wichtigen Aspekte zu lenken. Außerdem werden hier die wichtigen Prinzipien
der Modalität und der Personalität erfüllt (vgl. Kap. 1.4).
Schmelzen
Der Modellfilm zum Schmelzen beginnt mit einem in einer
pneumatischen Wanne liegenden Eiswürfel, der dann von
dem Modell, in dem Wasser aus kleinen, blauen Teilchen
(Kugel, Lego oder Comic) besteht, überblendet wird. Die
Teilchen sind regelmäßig in einem Würfel angeordnet. Wenn
es von unten warm wird, beginnen die unteren
Teilchen sich zu bewegen, bis sie sich aus dem
Würfel herauslösen und in der Wanne frei bewegen
können. Eine kleine Besonderheit stellen hier die
Legosteine dar. Sie
bewegen sich nicht
mehr sobald sie aus
dem Eisblock entfernt sind, da der Unterschied zum
festen Zustand allein schon daran gut erkennbar wird,
dass sie nicht mehr zusammengesteckt sind.
2 Material und Methoden
27
Außerdem liegt es nicht in ihrer Natur sich zu bewegen. Ganz im Gegenteil zum quir-
ligen „Walter Wassermann“ – wie die Comicfigur genannt wird, der nicht nur hüpfen
sondern auch sprechen kann.
Wenn das ganze Eis geschmolzen ist, ist kein Teilchen mehr
mit einem anderen verbunden. Das Wasser ist jetzt flüssig,
der Spatellöffel kann durchgezogen werden.
Lösen
Auch der Modellfilm zum Lösen beginnt mit dem Phänomen:
Ein Kochsalzkristall liegt im Wasser. Bei der Modellansicht ist
der Kochsalzkristall aus kleinen grünen (Natrium) und kleinen
orangenen (Chlor) Teilchen aufgebaut, die wieder regelmäßig
angeordnet sind und sich nicht bewegen. Im Comicfilm werden
sie als Clemens Chlor und Norbert Natrium vorgestellt.
Die Wasserteilchen - wieder mit Ausnahme der Legosteine - bewegen sich zunächst
um den Kristall herum.
2 Material und Methoden
28
Beim genaueren Hinsehen wird jedoch deutlich, dass die
Wasserteilchen nach und
nach alle Chlor- und Natri-
umteilchen aus dem Kris-
tall herauslösen. Am Ende
sind alle Teilchen frei und
können sich bewegen.
Auf phänomenologischer Ebene ist das Salz nun nicht
mehr zu sehen.
Verbrennung
Beim Verbrennungsmodellfilm ist zunächst eine brennende
Kerze zu sehen. Auf Teilchenebene wird dann gezeigt, dass
sie aus Kohlenstoff- und Wasserstoffatomen aufgebaut ist,
schließlich wird der Atom- und Molekülbegriff erklärt. Im
Legofilm werden sie als
„Pakte“, im Comicfilm als „Teams“ bezeichnet. In der
Lupeneinstellung wird deutlich, dass ein
Wachsmolekül aus einem Kohlenstoff- und vier
Wasserstofftatomen besteht. Wenn dieses an der Luft
mit einem Sauerstoffmolekül (zwei Sauerstoffatome)
zusammentrifft, kommt es zur chemischen Reaktion.
Die Atome setzen sich neu zusammen, nämlich zu
Wasser (ein Sauerstoff- und zwei Wasserstoffatome)
und Kohlenstoffdioxid (ein Kohlenstoff- und zwei
Sauerstoffatome). Im Comicfilm wird zusätzlich
deutlich gemacht, dass unterschiedliche „Teams“
verschiedene Eigenschaften haben. Auch hier haben
die Elemente Vor- und Nachnamen, so wird
beispielsweise das Kohlenstoffatom als Karl
Kohlenstoff bezeichnet.
Zuletzt wird erläutert, was passiert, falls die Reaktion
nicht vollständig abläuft und ein Kohlenstoffatom
2 Material und Methoden
29
alleine zurückbleibt. Wenn das mehrmals geschieht, setzten
sich nämlich viele dieser Teilchen an einer Porzellanschale
ab und sind als Ruß zu erkennen. Während des gesamten
Films ist neben dem Fenster, in dem das Video zu sehen ist,
eine Legende abgebildet. Sie zeigt die verschiedenen Atome
und Moleküle mit ihren wissenschaftlichen Namen.
Festigung:
Das Gesehene wird durch das Lösen von Aufgaben gefestigt.
Aufgaben
Es folgen Aufgaben zum Teilchenverständnis des Themas, die die Schüler bearbei-
ten sollen. Dabei ist es ihnen möglich, so oft sie wollen zum Film zurückzukehren und
sich diesen erneut anzusehen. Der Schwierigkeitsgrad der Fragen ist dabei so ge-
wählt, dass dies in der Regel auch nötig ist. Der entscheidende Vorteil dabei ist, dass
das mehrmalige Wiederholen des Unterrichtsstoffs förderlich für das Lernen ist (vgl.
Kap. 1.5).
2 Material und Methoden
31
Zusatzaufgaben
Für Kinder, die mit der Lernsoftware schneller als andere fertig sind, gibt es Zusatz-
aufgaben. Sie wurden von Herrn Nickl, einer der beteiligten Lehrkräfte, erstellt und
dienen dazu, Ruhe im Klassenzimmer zu wahren. Die Aufgaben beschäftigen sich
zwar im weitesten Sinne auch mit dem jeweiligen Thema der Unterrichtseinheit,
knüpfen aber nicht inhaltlich an diese an.
Vertiefung:
Die fünfte Stufe des Artikulationsmodells kann im Unterrichtsentwurf nicht berück-
sichtigt werden. Für eine Ausweitung des Lernstoffs fehlte die Zeit.
2.3.6 Evaluation
Als Evaluationsinstrument wurden schriftliche Tests gewählt. Um festzustellen, ob
der Teilchenbegriff schon aus der Grundschule bekannt ist, wird ein Vorwissenstest
(T0) durchgeführt. Er beschäftigt sich mit dem Wasserkreislauf, welcher Thema des
Heimat- und Sachunterrichts der vierten Klasse ist (Lehrplan, Grundschule, 4. Jahr-
gangsstufe, ISB, 2007).
2 Material und Methoden
33
Des Weiteren wurde zu jeder Unterrichtseinheit eine Lernzielkontrolle (T1 – T3) kon-
zipiert. Meist werden von den Lernenden beschriftete Zeichnungen verlangt, um die
von ihnen verwendete Modellart feststellen zu können. Außerdem kann man anhand
der Tests besonders gut erkennen, inwieweit der Inhalt der Filme verstanden wurde.
Dabei wurden die Fragen so konzipiert, dass sie nicht von allen Schülern beantwortet
werden können, um eine Leistungsverteilung zu erhalten.
Da diese Tests zu einem späteren Zeitpunkt noch einmal überarbeit wurden, finden
sich an dieser Stelle keine Abbildungen der veralteten Versionen.
Test 4
Um zu erkennen welches Teilchenmodell von den Schülern als Erklärungshilfe he-
rangezogen wurde, wurde eine Videoanalyse (T4) geplant. Nachdem alle Schüler
Erklärungen mit jeder der drei Modellarten gesehen haben, bekommen sie ein weite-
res chemisches Phänomen gezeigt, welches sie im Anschluss Viertklässlern erklären
sollen.
In dem Video, das alle Kinder zweimal zu sehen bekommen, wird die Entstehung von
Theaterblut aus gelbem Eisen(III)chlorid und wei-
ßem Ammoniumthiocyanat gezeigt. Der Versuch
wird von einer Sprecherin beschrieben, eine Erklä-
rung auf Teilchenebene erfolgt allerdings nicht.
Zunächst werden die beiden Salze an die gege-
nüberliegenden Ränder einer Petrischale gege-
ben. Nachdem die Chemikalien in die Mitte diffun-
diert sind, entsteht dort Eisen(III)thiocyanat, was als roter Strich zu sehen ist.
Danach wird die praktische Verwendung in Theater
oder Film an einem spektakulären Schnitt mit ei-
nem großen Messer demonstriert, wobei die Haut
des Opfers mit einer Lösung des gelben Salzes und
das Messer mit einer Lösung des weißen Salzes
bestrichen werden. Bei Berührung der beiden Lö-
sungen entsteht wieder die rote Substanz, die nun
wie Blut wirkt.
Im Anschluss werden die Fünftklässler in Gruppen von je drei bis vier Schülern ein-
geteilt und können sich untereinander beraten und Plakate ausarbeiten, mit denen
2 Material und Methoden
34
sie anschließend jeweils drei Jüngeren das Phänomen auf Grund ihres fortgeschrit-
tenen Wissens erklären. Sowohl Beratung als auch Erklärung werden auf Video fest-
gehalten und anschließend analysiert.
2.4 Voruntersuchung - Testlauf
Das so konzipierte Material wurde im Frühjahr 2006 an einer Klasse getestet. Dafür
wurde die Klasse 5a des Oscar-Maria-Graf-Gymnasiums in Neufahrn ausgewählt.
Die betreuende Lehrkraft war Herr Nickl.
Die Voruntersuchung wurde von Julia Schels ausgewertet, die zu dem Ergebnis kam,
dass mit keinem Modell ein besseres Verständnis erreicht wurde als mit einem ande-
ren. Über die Präferenz der Schüler ließen sich mit Hilfe des Tests 4 keine brauchba-
ren Ergebnisse ermitteln. Durch die Gruppeneinteilung wurde die Stichprobe auf ein
Drittel der Probanden minimiert. Außerdem war das Auswerten des Videomaterials
sehr aufwendig, da die Kinder manchmal schwer zu verstehen waren und vom The-
ma abkamen, weshalb sind die Gespräche oft nicht kategorisierbar waren und man
auf die von ihnen angefertigten Plakate zurückgreifen musste. Des Weiteren gaben
die Kinder nicht ihre eigenen Vorlieben preis, sondern nahmen mit der Modellwahl
Rücksicht auf die Jüngeren. Hinzu kam, dass sich die Viertklässler durch ihre passive
Rolle verloren vorkamen. Sie profitierten in den meisten Fällen nicht von ihrem Be-
such, da sie kaum sinnvolle Informationen bekamen.
Abgesehen davon erwiesen sich die Unterrichtseinheiten als brauchbar und konnten
bis auf kleinere Korrekturen für die Hauptuntersuchung wieder verwendet werden.
Diese Optimierungen werden im Folgenden aufgeführt.
2.5 Optimierungen
2.5.1 Optimierung der Software
Neue Vertonung
Bei mehrmaligem Vergleichen der Animationsfilme zum Thema Verbrennung kam
zum Ausdruck, dass die Sprecherin in dem Comic-Film freundlich wirkte, der Lego-
Film dagegen eher sachlich vertont schien. Deshalb wurden diese nochmals bespro-
2 Material und Methoden
35
chen, um auszuschließen, dass der Klang der Stimme die Kinder unterbewusst be-
einflusst.
Wasserstoffatome
Als eine weitere Verbesserung zur Voruntersuchung bekam das Wasserstoffatom
eine neue Farbe, um eine Verwechslung mit dem Wassermolekül zu vermeiden, die
beide dasselbe Dunkelblau hatten. Da die Neuvertonung bereits abgeschlossen war,
war es nicht mehr möglich eine ganz andere Farbe zu wählen, weshalb man sich auf
hellblau einigte. So konnte die Beschreibung der blauen Atome beibehalten werden.
Abb. 2.5-1: die alte und die neue Wasserstoff-Comic figur
Film zum Theaterblut
Da bei der Voruntersuchung deutlich wurde, dass die Schüler nicht in der Lage wa-
ren, den Zusammenhang zwischen dem chemischen Experiment und der Demonst-
ration des Theaterblutes am Ende des Filmes zu erkennen, wurden die Filmsequen-
zen getauscht. Außerdem ist es förderlich für die Lernmotivation, wenn zu Beginn
des Filmes ein fesselndes Ereignis steht.
2.5.2 Optimierung der Tests
Auch die Tests wurden auf Grund der Ergebnisse der Voruntersuchung noch einmal
überarbeitet.
Fragen
Da sich gezeigt hat, dass manche Fragen zu schwer und andere zu leicht für die
Schüler waren, wurden diese kurzerhand entfernt.
Um die Vergleichbarkeit der Tests zu garantieren zu können, bekamen die Lernziel-
kontrollen über die Unterrichtseinheiten alle denselben Aufbau. Sie bestehen nun
aus zwei Reproduktionsfragen, zwei Anwendungsaufgaben und einer Transferfrage.
Die Transferfrage dient dazu zur Ermittlung, inwieweit die Schüler Teilchen als Erklä-
2 Material und Methoden
36
rungshilfen benutzen, auch wenn sie nicht explizit dazu aufgefordert werden. Außer-
dem wurde auf eine eindeutigere Formulierung der Fragen wertgelegt.
Wasserdampf
In der ursprünglichen Version des Tests 1 befand sich eine Abbildung eines Kochtop-
fes mit Wasserdampfschwaden, zu der die Kinder ein Bild auf Teilchenebene anferti-
gen sollten. Da es in der Voruntersuchung besonders auffällig war, dass die Kinder
die Dampfschwaden nachbildeten anstatt die Teilchen im gesamten Raum zu vertei-
len, wurden sie durch Dampfwölkchen ersetzt.
Abb. 2.5-2: Alte Darstellung mit Dampfschwaden und daraus resultierende Fehlvorstellung
Abb. 2.5-3: Neue Darstellung mit Dampfwolken
Im Folgenden finden sich die oben angekündigten, endgültigen Testvorlagen.
2 Material und Methoden
40
Test 4 (T4)
Da sich herausstellte, dass die Videoanalyse kein adäquates Mittel zur Klärung der
Leitfragen war, wurde sie durch einen schriftlichen Test ersetzt. Damit war es nicht
länger nötig, eine Vierteklasse mit einzubeziehen. Diese Lernstandserhebung sollte
direkt im Anschluss an den Film stattfinden, dabei sollte zunächst nur der erste Teil
des Tests ausgeteilt werden. Er enthält nur folgende Frage:
„Du hast gerade einen Film zur chemischen Reaktion gesehen. Erkläre ausführlich,
wie der rote Streifen in der Petrischale entstanden ist! Du darfst auch zeichnen!“
Hier soll ähnlich wie mit der Transferfrage herausgefunden werden, ob die Schüler
Teilchenmodelle als Erklärungshilfen benutzen, da dies nicht offensichtlich verlangt
ist. Danach bekamen die Schüler den zweiten Teil der Arbeit. Auf diesem Blatt sind
drei Fotografien abgebildet, die dem Video entnommen sind. Das erste Bild zeigt die
ungelösten Salze. Auf dem zweiten sieht man den Löse- und Diffusionsvorgang und
auf dem dritten Foto erkennt man den entstandenen roten Streifen. Der Aufbau die-
ses Tests ist in Abbildung 2.5-7 zu sehen. Hier werden die Lernenden explizit aufge-
fordert Teilchen zu zeichnen, um herauszufinden welche modellhafte Darstellung
bevorzugt wird.
2 Material und Methoden
42
Test 5 (T5)
Im Rahmen ihrer Zulassungsarbeit hat Frau Schels einen Präferenztest konzipiert.
Diese Idee griff das DeMo-Team auf und schuf eine optimierte Fassung ihres Frage-
bogens.
Der dreiseitige Test besteht unter anderem aus Fragen zum Verständnis und Gefal-
len der Modelle, sowie zu den einzelnen Unterrichtseinheiten.
2 Material und Methoden
44
2.6 Hauptuntersuchung
2.6.1 Schulcharakterisierung
Die beiden am Projekt teilnehmenden Schulen waren das Oskar-Maria-Graf-
Gymnasium in Neufahrn und das Lise-Meitner-Gymnasium in Unterhaching. Sie be-
finden sich beide am Rand von Münchner Vororten, was zu einem sehr angenehmen
Schulklima führt. Dies ist eine positive Voraussetzung zur Durchführung einer sol-
chen Studie. Des Weiteren zeigten sich sowohl die Lehrer als auch das Direktorat
sehr kooperativ. Ein wichtiger Punkt für die Auswahl der Schulen war selbstverständ-
lich auch die apparative Ausstattung. Da
es nötig ist, dass an jedem Computer
nur ein Kind arbeitet,
Abb. 2.6-1: Computerraum im Oskar-Maria-
Graf-Gymnasium
musste ein ausreichend großer Compu-
terraum zur Verfügung stehen.
Aus jeder Schule nahmen zwei Klassen
an der Untersuchung teil. Diese Not-
wendigkeit ergab sich aus der Tatsache, dass auch nach Abzug der fehlenden Schü-
ler die Anzahl von 20 Teilnehmern pro Zelle gewährleistet sein musste.
Oskar-Maria-Graf-Gymnasium, Neufahrn:
Das Gymnasium in Neufahrn ist eine
staatliche Schule mit naturwissenschaft-
lich-technologischer sowie mit sprachli-
cher Ausbildungsrichtung. Für unsere
Untersuchung war dies jedoch nicht von
Bedeutung, da es in der fünften Klasse
noch keine Lehrplanunterschiede gibt.
961 Schüler (482 Mädchen und 479
Jungen) besuchen in diesem Schuljahr
die Schule. Sie werden von insgesamt 72 Lehrkräften unterrichtet.
2 Material und Methoden
45
Die 66 Kinder, die an unserer Studie teilgenommen haben, besuchten die Klassen 5a
und 5c. Um die Klassen ein wenig zu charakterisieren haben wir jeweils den Natur-
und-Technik Lehrer und einen weiteren Lehrer befragt.
Die Aussagen zur Klasse 5a von Herrn Nickl (NuT) und Herrn Leipold (E) deckten
sich überwiegend. So wurde die Klasse als aufgeweckt und interessiert bezeichnet,
sei jedoch zum Teil noch recht kindlich und unselbstständig. Die Klassengemein-
schaft wurde als sehr gut beschrieben.
Auch Frau Zebisch (NuT) und Frau Letzel (E) kamen zu einer ähnlichen Einschät-
zung ihrer Klasse. Die Schüler der 5c zeigten sich interessiert und lebhaft, allerdings
seien einige stark unkonzentriert und undiszipliniert, trotzdem wurden die Kinder als
nett bezeichnet.
Lise-Meitner-Gymnasium, Unterhaching
Auch bei dieser Schule handelt es sich um ein staatliches Gymnasium mit naturwis-
senschaftlich-technologischer und sprachlicher Ausbildungsrichtung.
Die über 90 Lehrkräfte unterrichteten im
Schuljahr 2006/2007 über 1200 Schüler,
von denen 66 (aus den Klassen 5c und
5e) an unserer Untersuchung teilge-
nommen haben.
Die Schüler der 5c wurden von den
Lehrkräften Frau Meyer (NuT) und Frau
Hauser (E) übereinstimmend als sympa-
thisch und aufgeschlossen charakteri-
siert. Des Weiteren handelte es sich um eine heterogene Klasse, was oft Unruhe bei
schnelleren Schülern hervorrief.
Auch Frau Kopp (NuT) und Frau Merk (M) waren sich einig, dass es sich bei der
Klasse 5e um eine nette Klasse handelte. Obwohl sie sehr lebhaft sei, sei sie trotz-
dem interessiert und motiviert.
Vergleichbarkeit der Klassen
Wie die Aussagen der Lehrer deutlich machten, waren die Eigenschaften der Klas-
sen sehr ähnlich.
2 Material und Methoden
46
Um nun auch noch die Vergleichbarkeit der Leistungen zu überprüfen, wurden die
Übertrittsnoten (Durchschnittsnote aus den Fächern Deutsch, Mathematik und Hei-
mat- und Sachunterricht der 4. Klasse) eingeholt. Die Verteilung der Noten in den
einzelnen Klassen war sehr ähnlich, wie Abbildung 2.6-2 verdeutlicht.
Verteilung der Übertrittsnoten
02468
101214161820
0,67 1,00 1,33 1,67 2,00 2,33 2,67 3,00
Notendurchschnitte
Anz
ahl d
er K
inde
r
5cN
5aN
5cU
5eU
Abb. 2.6-2: Übersicht über die Verteilung der Übetr ittsnoten in den einzelnen Klassen
Jede Klasse wurde von 33 Kindern besucht. Da in manchen Klassen Schüler aus
anderen Bundesländern waren, wich die Anzahl der Noten leicht ab.
Klasse Schule Anzahl Durchschnitt der Übertrittsnoten
5a Neufahrn 30 1,95
5c Neufahrn 32 1,90
5c Unterhaching 33 1,98
5e Unterhaching 31 1,80
Tab. 2.6-1: Notendurchschnitte der einzelnen Klasse n im Übertrittszeugnis
2.6.2 Ablauf
Zu Beginn des Schuljahres wurden die Eltern anhand eines Elternbriefs über das
Projekt informiert und anschließend deren Einverständnis eingeholt. Um die Anony-
mität der Kinder zu wahren wurden von Schülern und Lehrern gemeinsam 6-stellige
Buchstabencodes für jeden Teilnehmer entwickelt.
2 Material und Methoden
47
So konnte in der vierten Schulwoche mit dem Vorwissenstest die Untersuchung
(n = 132) beginnen. Dieser wurde durchgeführt, um zu bestimmen, wie viele Schüler
aus der Grundschule bereits ein Teilchenkonzept mitbrachten.
Danach begannen wir mit den Unter-
richtseinheiten, die im PC-Raum statt-
fanden. Da der Raum in Unterhaching
nur über 17 Computer verfügte, war es
notwendig, die Klassen dort zu teilen
und somit pro Klasse eine Doppelstunde
zu verwenden. In Neufahrn war dies
nicht nötig.
Um alle Schüler an die Arbeit mit dem
Computer und der Plattform zu gewöh-
nen, wurde ein PC-Training durchgeführt.
Dabei handelte es sich um ein Programm, das analog zu den Unterrichtseinheiten
aufgebaut war.
Abb. 2.6-4: Startseite des PC-Trainings
Es war erforderlich, einen Link einzugeben, Flashfilme abzuspielen, den Media-
Player zu bedienen sowie Eingabemasken auszufüllen.
Abb. 2.6-3 Computerraum des Lise -Meitner -
Gymnasiums
2 Material und Methoden
48
Abb. 2.6-5: Flash-Film
Abb. 2.6-6: Aufgaben zum Flash-Film
Anschließend konnte mit den Unterrichtseinheiten begonnen werden. Dazu wurde
jede der vier Klassen zufällig in drei etwa gleich große Gruppen (A, B, C) unterteilt.
Jede Gruppe beschäftigte sich im Abstand von einer Woche mit dem Lernprogramm
zu den drei Alltagsphänomenen. Dabei wurde jeder Gruppe zu jedem Thema eine
andere Modellart gezeigt, so dass nach drei Wochen jedes Kind einmal Kugeln, ein-
mal Comic-Figuren und einmal Legosteine gesehen hatte. Die detaillierte Reihenfol-
ge ist in Tabelle 2.6-2 dargestellt.
2 Material und Methoden
49
Themen Wasser-
kreislauf
Schmelzen Lösen Verbren-
nen
Theater-
blut
Gruppe A
n = 45 Kugeln Comic Lego
Gruppe B
n = 44 Lego Kugeln Comic
Gruppe C
n = 43 Comic Lego Kugeln
Tests Vorwissen T 1 T 2 T 3 T4 +
Präferenz
Tab. 2.6-2: Untersuchungsablauf
Wenige Tage nach jeder Lerneinheit wurde ein Test zum jeweiligen Thema geschrie-
ben. Während den 15-minütigen Tests herrschte Schulaufgabenatmosphäre, um si-
cherzustellen, dass jedes Kind seine Aufgaben allein bearbeitet.
In der letzten Projektwoche bekamen die Schüler den Film über die Herstellung von
Theaterblut zu sehen. Da der Laborfilm ohne Einbettung in eine Unterrichtseinheit
gezeigt wurde, konnte der Film auf eine Leinwand projiziert werden und es war nicht
nötig im PC-Raum zu arbeiten. Nachdem die Kinder ihn zwei Mal gesehen hatten,
schrieben sie ohne weitere Erklärungen auf Teilchenebene den Test T4. Für jeden
der zwei Teile bekamen sie 15 Minuten Zeit.
Ein Präferenztest, der die persönlichen Meinungen der Kinder in Erfahrung bringen
sollte, schloss das Projekt ab.
2.7 Datenerhebung
2.7.1 Kriterien
Zur Kategorisierung der Antworten wurde ein Kriterienkatalog erstellt. Damit sowohl
die Fragen als auch die Tests untereinander vergleichbar waren, wurden Kriterien
gewählt, die sich möglichst auf alle Fragen anwenden ließen. Die Leitfragen waren:
2 Material und Methoden
50
• Wurde nur phänomenologisch argumentiert?
• Wurden Teilchen als Erklärungskonzept verwendet?
• Welche Modellart wurde gewählt?
• Wie weit reichte das Verständnis?
Um die Auswertung zu erleichtern, wurden die Antwortmöglichkeiten mit Zahlen be-
legt.
Für Fragen, die mit ja oder nein beantwortet werden können, gilt folgender Schlüssel.
Er gilt auch für die Lösungen von Multiple-Choice-Aufgaben, die nur richtig oder
falsch sein können.
Ja / richtige Antwort = 2
Nein / falsche Antwort = 1
Beim Kriterium der Modellart haben die Zahlen eine andere Bedeutung:
Kugelmodell = 1
Legomodell = 2
Comicmodell = 3
Anderes Modell = 4
Für den Fall, dass sich ein Kind für ein nicht von uns vorgestelltes Modell entschei-
den sollte, wurde ein vierter Nummerncode eingeführt.
Um das Verständnis zu erfassen, wurden auch Ziffern von 1 bis 4 gewählt. Diese
bedeuten im Einzelnen:
Gar kein Verständnis = 1
Kaum Verständnis = 2
Weitgehendes Verständnis = 3
Vollständiges Verständnis = 4
2 Material und Methoden
51
Gibt der Schüler keine Antwort, verwendet man bei allen Leitfragen die Null, da eine
nicht bearbeitete Frage nicht mit einer falschen Antwort gleichzusetzen ist. So kann
beispielsweise auch Zeitmangel ein Grund für das Auslassen einer Aufgabe sein.
Wie die Zahlencodes auf die einzelnen Fragen angewendet werden, soll am Beispiel
des Kriterienkatalogs zum Test 1 gezeigt werden. Die restlichen Kataloge befinden
sich im Anhang.
T1 Kriterien
2 ja/richtig
1 nein/falsch
0 nicht bearbeitet
4 vollständig
3 Weitgehend
2 Kaum
1 Gar nicht
0 Nicht bearbeitet
1 Kugel
2 Lego
3 Comic
4 Andere
0 Kein Modell
Frage 1 : Ankreuzen (richtig/falsch):
Eis enthält andere Teilchen X
Eis: Wasserteilchen regelmäßig X
Fest, weil Wasserteilchen hart X
Wasser: Wasserteilchen beweglich X
Verständnis X
Frage 2 : Zustandsformen des Wassers
Bild 1
Phänomen gezeichnet (Würfel) X
Teilchen gezeichnet X
Art des Verwendeten Modells X
Teilchenanordnung schlüssig (Teilchennähe/-entfernung, z. B. durch Pfeile; Abstände)
X
Bild 2
Phänomen gezeichnet (Wellen) X
Teilchen gezeichnet X
Art des Verwendeten Modells X
Teilchenanordnung schlüssig (Teilchennähe/-entfernung, z. B. durch Pfeile; Abstände)
X
Bild 3
Phänomen gezeichnet (Dampf) X
Teilchen gezeichnet X
Art des Verwendeten Modells X
Teilchenanordnung schlüssig (Teilchennähe/-entfernung, z. B. durch Pfeile; Abstände)
X
Frage 3a) weiche Butter
Phänomenologische Argumentation (Butter-block)
X
2 Material und Methoden
52
Teilchen gezeichnet X
Art des verwendeten Modells X
Teilchenanordnung schlüssig (in Wort oder Bild; z. B. Beweglichkeit, Festigkeit, Teilchennähe)
X
Frage 3 b) gefrorene Butter
Phänomenologische Argumentation (Butter-block wird härter)
X
Teilchen gezeichnet X
Art des verwendeten Modells X
Teilchenanordnung schlüssig in Wort oder Bild (z. B. Festigkeit aufgrund Teilchennähe)
X
Frage 4: beschlagenes Fenster
Phänomenologische Argumentation (Wasser in der Dusche, Wasser am Fenster)
X
Teilchen als Erklärungskonzept (in Wort oder Bild; z. B. Teilchenwanderung)
X
Aggregatzustand (Übergang flüssiges Wasser, Wasserdampf und zurück)
X
Art des verwendeten Modells X
Vorgangsverständnis (Wasser aus der Dusche ans Fenster)
X
Damit möglichst objektiv gearbeitet und kein Schüler benachteiligt wird, wurden Be-
wertungsschlüssel für die einzelnen Fragen erarbeitet. Sie sollen gewährleisten, dass
gleiche Leistungen gleich bewertet werden.
Auch hier soll nur ein Beispiel angeführt werden.
T1 Bewertungsschlüssel
4 2 richtige Kreuze
3 nur 1 richtiges Kreuz (kein zweites gemacht)
2 1 richtiges und 1 falsches Kreuz
Frage 1 : Ankreuzen
1 2 falsche Kreuze
4 alles richtig
3 nicht gut erkennbar
Frage 2: Zustandsformen des Wassers
2 Wölkchen mit Teilchen ausgefüllt
4 Teilchen bei a) regelmäßig bei b) unregelmäßig
3 nicht gut erkennbar
Frage 3: Butter
2 zerfließende Teilchen
4 Teilchenbegriff und richtiges Phänomen
3 ohne Teilchenbegriff
Frage 4: Beschlagenes Fenster
2 ohne „kondensieren“
2 Material und Methoden
53
2.7.2 Eingabe der Daten
Um die Testergebnisse in eine auswertbare Form zu bringen, wurden sie in eine Da-
tenbank des Programms Microsoft Access® eingegeben. Hierzu wurde für jeden Test
eine Eingabemaske erstellt, in die Daten benutzerfreundlicher einzutragen als in eine
Tabelle sind. Dennoch kann auf sie auch tabellarisch zugegriffen werden.
Abb. 2.7-1: Beispiel für ein Access-Formular für T est 1
2.7.3 Überprüfung der Daten
Um das Rating der Daten zu überprüfen, wurde ein unabhängiger Biologie- und
Chemielehrer damit beauftragt, eine Stichprobe der Tests zu bewerten. Herr
Vetrovsky kategorisierte die Leistungen von sieben Kindern pro Klasse und Test, al-
so von 140 Schülern. Zur besseren Vergleichbarkeit gab auch er die Ergebnisse in
die Access-Formulare ein.
In weiten Teilen ergab sich eine sehr gute Reliabilität, mit einem Korrelationskoeffi-
zienten (r) von über .600 und einer dazugehörigen Signifikanz (p) unter 0,01. Nur bei
einzelnen Punkten unterschieden sich die Daten, da die Kriterien verschieden ausge-
legt wurden.
2 Material und Methoden
54
2.8 Auswertung
Mit Hilfe des schon zur Eingabe verwendeten Programms Microsoft Access® konnten
relevante Daten abgefragt werden, um der großen Datenmenge Herr zu werden. An-
schließend wurden sie in das Tabellenkalkulationsprogramm Microsoft Excel® über-
tragen, mit dem aus den Tabellen Grafiken erstellt werden konnten, die der Veran-
schaulichung dienen.
2.9 Optimierung der Animationsfilme
Die Optimierung der Modellfilme wurde mit dem Programm Macromedia Flash® vor-
genommen. Diese Software war bereits dazu verwendet worden, die ursprünglichen
Animationen zu erstellen.
Außerdem wurde für die Trickfilme wieder jeweils eine Tonspur aufgenommen, wofür
freundlicherweise die Unterrichtsmitschau der LMU die Technik bereitstellte. Hierzu
war es notwendig, die einzelnen Passagen im Film zu stoppen und somit zu ermitteln
wie viel Zeit für den zu sprechenden Text zur Verfügung steht. Anschließend wurden
aus der Audiodatei, die besten Takes herausgesucht und mit Hilfe von Adobe Auditi-
on® passend zum Film geschnitten. Im letzten Schritt wurden sie in die Flashdateien
eingefügt.
Sowohl die einzelnen Tonsequenzen als auch die fertigen Filme wurden komprimiert,
um sie später auf einer Internetplattform allen Interessierten zugänglich zu machen.
3 Ergebnisse
55
3 Ergebnisse
Durch die Besonderheit dieser Arbeit, dass im Anschluss an die Auswertung der Un-
tersuchung die Ergebnisse für den Einsatz in der Schule umgesetzt wurden, gliedert
sich der Ergebnisteil in drei Punkte. Zunächst sollen die Ergebnisse der Hauptunter-
suchung dargelegt werden, bevor auf die Optimierung der Modellfilme eingegangen
werden soll. Schließlich sollen die konzipierten Unterrichtseinheiten vorgestellt wer-
den.
3.1 Ergebnisse der Hauptuntersuchung
3.1.1 Vorwissenstest (T0)
Zunächst soll kurz die Frage geklärt werden, inwieweit die Schüler bereits ein Teil-
chenkonzept in der Schule erworben haben. Hierzu wird Aufgabe 3 des Vorwissens-
tests herangezogen, in der die Kinder aufgefordert wurden, Wasser in seinen Zu-
standsformen unter die Lupe zu nehmen und zu zeichnen. Bei der Beantwortung
dieser Frage erfährt man also nicht nur ob sie bereits ein Modell verwenden, sondern
auch welches.
48%
2%1%
49%
Kugeln
Comic
andere
keine Teilchen
Tab. 3.1-1: Verwendung eines Teilchenmodells beim V orwissenstest (n=132)
3 Ergebnisse
56
An der gestellten Frage wird deutlich, dass bereits über die Hälfte der Schüler hat in
der Grundschule ein Teilchenmodell kennen gelernt. Der überwiegende Teil ist dabei
mit dem klassischen Kugelmodell konfrontiert worden. Nur zwei Prozent der Kinder
zeichneten Comicfiguren.
3.1.2 Testschwierigkeit
Ein Anspruch, der an die Untersuchung gestellt wurde, war die zunehmende Schwie-
rigkeit der drei Lerneinheiten und somit auch der drei Lernzielkontrollen. Dafür wur-
den Durchschnittswerte der Beantwortung der jeweils fünf Fragen jedes Tests er-
stellt. Wie in Kapitel 2.7 erwähnt, wurden die Antworten der Schüler in Verständnis-
werte von 1 = gar kein Verständnis bis 4 = vollständiges Verständnis eingeteilt. Aus
diesen Zahlen lassen sich dann Durchschnittswerte errechnen, indem man bei jeder
Frage die einzelnen Zahlenwerte zusammenzählt und durch die Anzahl der Kinder,
die diese Frage beantwortet haben, teilt. Das Mittel aus allen Durchschnittswerten
der fünf Fragen ergibt dann den Gesamtdurchschnitt des jeweiligen Tests. Diejenigen
Schüler, die eine Aufgabe nicht bearbeitet haben, werden nicht berücksichtigt, da
nicht mit Bestimmtheit gesagt werden kann, ob sie die Antwort nicht wussten oder
keine Zeit mehr hatten, sie zu bearbeiten. Im Folgenden kommen alle Durchschnitts-
verständniswerte so zustande. In Tabelle 3.1-2 ist die Summe aller Fragen der drei
Tests nach dem Verständnis geordnet aufgelistet. Beim ersten Test hat also insge-
samt, bei allen fünf Fragen 350 Mal ein Schüler vollständiges Verständnis erlangt.
nicht bearbeitet gar nicht kaum weitgehend vollständig Ø
T1 19 74 109 78 350 3,14
T2 25 192 139 154 109 2,29
T3 55 178 156 114 132 2,31
Tab. 3.1-2: Gesamtverständnis der drei Tests
Wie Tabelle 3.2-1 zu entnehmen ist, ist Test 1 (T1) mit einem Durchschnittswert von
3,14 also einem weitgehenden Verständnis am besten ausgefallen. Die Durch-
schnittswerte der zweiten und dritten Lernzielkontrolle (T2 undT3) sind fast identisch
bei 2,3 (Verständnis zwischen kaum und weitgehend). Dies würde bedeuten, dass
der Test zum Thema Verbrennung nicht schwerer war, als der zur Unterrichtseinheit
3 Ergebnisse
57
Lösen. Sieht man sich jedoch die Zahl der nicht bearbeiteten Fragen an, die ja im
Durchschnittswert nicht berücksichtigt werden, ist ein deutlicher Unterschied zu er-
kennen.
Ist in T2 insgesamt nur 25-mal eine Frage unbeantwortet geblieben, kam es bei T3
mehr als doppelt so oft vor, dass Kinder keine Antwort gaben. Dabei spricht sowohl
die Option, die Antworten aus Zeitgründen nicht gegeben zu haben, als auch die
Möglichkeit, dass die Antwort nicht gewusst wurde dafür, dass T3 als schwieriger zu
bewerten ist, als T2. Vor allem diejenigen 30 Kinder, die Aufgabe 3 nicht bearbeite-
ten, bei der sicher noch genügend Zeit zur Verfügung stand, sprechen dafür, dass
die Tests immer schwieriger wurden.
3.1.3 Aufgabenkategorien
Der Aufbau der Tests wird im Material-und-Methoden-Teil genauer erklärt. Jeder Test
sollte aus zwei Reproduktionsfragen, zwei Anwendungsaufgaben und einer Transfer-
frage bestehen. Der Schwierigkeitsgrad sollte von den Reproduktionsfragen über die
Anwendungsaufgaben bis zur Transferfrage ansteigen, was es zu untersuchen gilt.
0
0,5
1
1,5
2
2,5
3
3,5
4
T1 T2 T3
Ver
stän
dnis
Anwendungsaufgaben
Transferaufgaben
Reproduktionsfragen
Abb. 3.1-1 Durchschnittsverständnis der einzelnen F ragen der Tests
In Abbildung 3.1-1 sind die Durchschnittsverständniswerte aller Fragen angegeben.
Für jeden Test soll nun einzeln untersucht werden, ob das Kriterium der ansteigen-
den Schwierigkeit gegeben ist.
3 Ergebnisse
58
T1
Die beiden Reproduktionsaufgaben wurden mit Durchschnittwerten über 3,5 sehr gut
beantwortet. Auch die Tatsache, dass kein Kind eine dieser Fragen komplett ausge-
lassen hat, spricht dafür, dass sich diese Fragen gut für den Beginn des Tests eigne-
ten. Die Teilaufgaben von Frage 3 fallen unter die Rubrik Reorganisation (= Anwen-
dung), hier liegt der Durchschnittswert von etwa 3,0 deutlich unter dem der Fragen 1
und 2, aber auch klar über dem Ergebnis der Transferfrage. Bei dieser wurde nur das
Ergebnis 2,2, also kaum Verständnis, erreicht.
T2
Auch bei T2 ist eine kontinuierliche Steigerung der Schwierigkeit zu erkennen. Die
erste Frage dieses Tests, die auch die leichteste sein sollte, wurde mit einem Durch-
schnittswert von 2,9, also fast weitgehendem Verständnis, am besten beantwortet.
Trotz der Tatsache, dass der Unterschied zwischen Frage 2 (Reproduktion) und Fra-
ge 3 (Reorganisation), beide 2,5, nicht deutlich zu erkennen ist, kann auch hier da-
von ausgegangen werden, dass die Testfragen richtig gewählt wurden. Die Transfer-
frage wurde mit nur einem Verständnis von 1,68 (also nicht einmal „kaum Verständ-
nis“) beantwortet und bildet auch hier das Schlusslicht.
T3
Den beiden ersten Fragen der letzten Lernzielkontrolle sind ähnliche Durchschnitts-
werte zuzuordnen wie den Reproduktionsfragen von T2, nämlich über 2,5. In diesem
Test fällt jedoch die dritte Frage aus dem Rahmen, da sie mit einem Durchschnitts-
wert von nur 1,8 sogar noch unter der Transferfrage liegt, wodurch man zu dem
Schluss kommen muss, dass die Frage an dieser Stelle nicht passte. Vor allem wei-
sen auch die 30 Kinder, die diese Aufgabe nicht bearbeiteten, darauf hin. Tatsächlich
müsste man diese Frage eher in die Rubrik Transfer stellen, da die Gewinnung von
Sauerstoff aus Kohlenstoffdioxid im Modellfilm überhaupt nicht erwähnt wurde. Dafür
ist die letzte Frage dieses Tests für eine Transferfrage im schwierigsten Test eher zu
gut ausgefallen (1,94). Frage 4, mit einem Durchschnittswert von 2,1 ist dagegen
wieder richtig gewählt.
3 Ergebnisse
59
Im Allgemeinen lässt sich sagen, dass mit Ausnahme der 3. Frage des 3. Tests, das
Kriterium der ansteigenden Schwierigkeit innerhalb der Lernzielkontrollen erfüllt wur-
de.
3.1.4 Vergleichbarkeit der einzelnen Gruppen
Um die Vergleichbarkeit der Kinder zu garantieren, wurden zwar ihre Grundschul-
durchschnittsnoten verglichen, aber dennoch wäre es möglich gewesen, dass sich in
einer Gruppe besonders viele gute oder schlechte Schüler befunden hätten und die-
se deshalb nicht ohne Weiteres im Verlauf dieser Arbeit mit den anderen hätte vergli-
chen werden können. Deshalb wurden die Durchschnittsverständniswerte der Grup-
pen A, B und C im Vorwissenstest berechnet und in folgendem Diagramm einander
gegenübergestellt.
2,442,17 2,26
0
0,5
1
1,5
2
2,5
3
3,5
4
Gruppe A Gruppe B Gruppe C
Dur
schn
ittsv
erst
ändn
is
Abb. 3.1-2: Durchschnittverständniswerte der einzel nen Gruppen beim Vorwissenstest T0
Sie haben alle einen Wert zwischen 2,4 und 2,2. Diese Zahlen sprechen dafür, dass
die Gruppen sehr ähnlich sind und deshalb ohne Bedenken miteinander verglichen
werden können, was eine Voraussetzung für das Erhalten sinnvoller Ergebnisse ist.
3.1.5 Modellgruppen
Um den Einfluss der drei verschiedenen Modelltypen auf die Lernenden zu erfahren,
wurde jede Frage bezüglich Kugel-, Lego- und Comicgruppe einzeln ausgewertet
3 Ergebnisse
60
und daraus wurden wiederum Durchschnittswerte gebildet. Die Gesamtdurchschnitte
aller drei Tests sind in Tabelle 3.1-2 zu sehen.
Modellart Kugel Lego Comic
T1 3,09 2,87 3,12
T2 2,33 2,42 2,14
T3 2,45 2,16 2,36
Gesamtschnitt 2,62 2,48 2,54
Tab. 3.1-2: Gesamtdurchschnittswerte der Tests bezü glich der Modellgruppe
An den Werten ist zu erkennen, dass es ein keinen nennenswerten Unterschied zwi-
schen den drei Modellgruppen gibt. In den jeweiligen Tests gibt es geringe Unter-
schiede, wobei nicht immer die gleiche Gruppe das höchste bzw. niedrigste Ver-
ständnis erreicht. Bei der ersten Lernerfolgskontrolle scheiden alle drei Modellgrup-
pen fast gleich ab, wobei die Comicgruppe mit 3,12 (also weitgehendes Verständnis)
den höchsten Punktwert erreicht. Bei T2 dagegen weisen die Kinder, die den Modell-
film mit Legosteinen gesehen haben, mit einem Durchschnittswert von 2,42 das
größte Verständnis auf. Die Modellgruppe „Kugel“ erzielte beim letzten Test das bes-
te Ergebnis. Somit konnte nicht nachgewiesen werden, dass ein Modelltyp einen
größeren Lernerfolg hervorruft, als ein anderer.
Bei einzelnen Aufgaben gibt es jedoch größere Unterschiede zwischen den Modell-
gruppen, weshalb diese noch einmal explizit dargestellt werden sollen.
T1: Frage 3a
Bei Frage 3a des ersten Tests schneidet die Legogruppe auffallend schlecht ab. Mit
einem Durchschnittswert von nur 2,59 liegt das Verständnis dieser Kinder deutlich
hinter dem der Kugel- (3,12) und der Comicgruppe (3,08). Dieser Unterschied wird in
Abb.3.1-3 veranschaulicht. Hier ist für diese Frage die genaue Anzahl der Schüler zu
sehen, die mit einem bestimmten Verständnis bewertet wurden. Die Kinder, die gar
kein Verständnis aufweisen sind an der roten Farbe zu erkennen. Die Anzahl der
Kinder mit kaum Verständnis ist orange, die mit weitgehendem gelb und die mit voll-
ständigem Verständnis grün unterlegt.
3 Ergebnisse
61
1 0 1
16
4
8
5
9
6
4
5
2319
20
50%
20%
40%
60%
80%
100%
Kugel Lego Comic
Anz
ahl d
er K
inde
r in
Pro
zent
vollständig
weitgehend
kaum
gar nicht
nicht bearbeitet
Abb. 3.1-3: Verständnis von Frage 3a des T1
Auffallend ist die große Zahl von Schülern der Legogruppe, die gar kein Verständnis
aufweisen, also in erster Linie keine Teilchen zeichnen, sondern nur das Phänomen
oder mit einem „Keine Ahnung“ antworten. Bei dieser Frage ging es um den weichen
Zustand der Butter. Die Kinder sollten sich ein Modell für Butterteilchen überlegen,
welches zwischen dem festen und dem flüssigen Zustand liegt. An dieser Anwen-
dung des gerade Gelernten scheitern vor allem die Schüler, die den Modellfilm mit
Legosteinen gesehen haben. Von diesen zeichnen acht Kinder nur ein Stück Butter
und acht weitere geben an, die Antwort nicht zu wissen. Als perfekte Antwort wird
hier erwartet, dass die Schüler einen unregelmäßigen Teilchenaufbau zeichnen, der
sich zwischen dem festen und dem flüssigen Zustand befindet.
T2: Frage 2
Auch bei T2 gab es bei einer Frage sehr unterschiedliche Ergebnisse. Bei der zwei-
ten Aufgabe dieses Tests lag das Verständnis der Comicgruppe mit einem Durch-
schnittswert von 2,15 weit abgeschlagen hinter dem der Kinder die das Kugelmodell
gesehen haben (2,49). Die „Lego-Kinder“ haben die Aufgabe mit noch mehr Ver-
ständnis (2,86) bearbeitet. In Abbildung 3.1-4 sind die detaillierten Ergebnisse zu se-
hen.
3 Ergebnisse
62
0 1 1
10 7
16
10 9
9
18
3
8
7
18
7
0%
20%
40%
60%
80%
100%
Kugel Lego Comic
Anz
ahl d
er K
inde
r in
Pro
zent
vollständig
weitgehend
kaum
gar nicht
nicht bearbeitet
Abb. 3.1-4: Verständnis der Frage 2 des T2
Sehr auffallend sind hier zunächst die 18 Kinder der Legogruppe, die ein vollständi-
ges Verständnis aufweisen. In der Kugelgruppe ist dagegen der Anteil der Schüler
(18) mit weitgehendem Verständnis, bei der Comicgruppe der der Kinder ganz ohne
Verständnis (16) am höchsten. Bei dieser Frage sollte ein Modell für einen Kochsalz-
kristall gezeichnet werden. Wie im Bewertungsschlüssel festgelegt, bekamen nur
solche Kinder ein vollständiges Verständnis zugesprochen, die einen Kristall aus
zwei verschiedenen regelmäßig angeordneten Satzteilchen zeichneten. War die Re-
gelmäßigkeit nicht genau zu erkennen, wurde mit weitgehendem Verständnis bewer-
tet. Bei den Schülern, die den Comicfilm gesehen haben, waren 14 Kinder dabei, die
gar keine Teilchen zeichneten, weshalb sie mit „gar kein Verständnis“ bewertet wur-
den.
T3: Frage 3
Vergleicht man die Ergebnisse der drei Modellgruppen bei der Lernzielkontrolle zum
Thema Verbrennung, fällt vor allem der Unterschied der Antworten bei Frage 3 auf.
Hier ist es wieder die Legogruppe, die mit einem Durchschnittwert von 1,57 (also
nicht einmal „kaum Verständnis“) am schlechtesten abschneidet. Die Kinder der Co-
mic- (1,89) und der Kugelgruppe (2,03) liegen dagegen deutlich darüber. Auch hier
ist es notwendig sich das Ergebnis genauer anzusehen.
3 Ergebnisse
63
715
8
12
17
16
7
9
9
11
4
10
1 0 1
0%
20%
40%
60%
80%
100%
Kugel Lego Comic
Anz
ahl d
er K
inde
r in
Pro
zent
vollständig
weitgehend
kaum
gar nicht
nicht bearbeitet
Abb. 3.1-5: Verständnis der Frage 3 des T3
Diese Aufgabe ist auf Grund ihrer Schwierigkeit insgesamt sehr schlecht ausgefallen.
So sind es nur zwei Schüler, die eine vollständig richtige Antwort gaben. Auffällig ist
bei diesem Diagramm, dass lediglich vier Kinder der Legogruppe ein weitgehendes
Verständnis aufweisen, bei den anderen beiden Gruppen aber zehn bzw. elf Kinder.
Des Weiteren sticht die hohe Zahl der “Lego-Kinder“, die die Aufgabe gar nicht be-
arbeitet haben, ins Auge. Das sind ein Drittel aller Kinder dieser Gruppe, die erst gar
nicht versuchten, diese Frage zu beantworten. Bei den beiden anderen Gruppen sind
das nur 18%.
3.1.6 Modellgruppe und gezeichnetes Modell
Auch wenn es qualitativ zwischen den einzelnen Modellen keinen Unterschied gibt
und sie alle drei gleich gut für die Vermittlung des Teilchenbegriffs geeignet zu sein
scheinen, gab es dennoch Unterschiede bei der Verwendung der Modelle zur Be-
antwortung der Testfragen. So zeichneten bereits bei der ersten Frage von Test 1
20% aus Gruppe B und sogar 31% der Kinder aus Gruppe C Kugeln, obwohl sie die-
se nicht in dem ihnen gezeigten Modellfilm zu sehen bekamen (n = 126). Die folgen-
de Abbildung, in der man die Verteilung der gezeichneten Modelle auf die drei Mo-
dellgruppen sieht, soll das noch einmal verdeutlichen. Die Balken repräsentieren die
Anzahl der Kinder die jeweils Kugeln, Lego, Comic oder ein ganz anderes Modell
verwendeten.
3 Ergebnisse
64
41
912
1
33
20 1
24
1 1 10
5
10
15
20
25
30
35
40
45
Gruppe A(Kugeln)
Gruppe B (Lego) Gruppe C (Comic)
Anz
ahl d
er K
inde
r
kein Modell
Kugeln
Lego
Comic
andere
3.1-6: Verteilung der gezeichneten Modelle bei den einzelnen Gruppen bei Test 1 (n=126)
Auch bei den anderen Lernerfolgskontrollen wurden immer wieder Kugeln von Ler-
nenden, die Legosteine oder Comicfiguren gesehen haben, gezeichnet. Seltener
wurde eine der anderen beiden Modellarten verwendet. Die Kinder benützten also
entweder das Modell, das sie in der vorangegangen Lerneinheit präsentiert bekamen
oder Kugeln, wie man auch bei Frage 2 von Test 3 gut sehen kann. So zeichnete die
Mehrheit der Schüler das Modell, das ihrer Modellgruppe entsprach. Von den restli-
chen Fünftklässlern entschied sich allerdings wieder jeweils ein Fünftel für das Mo-
dell mit der Kugeldarstellung.
3 42
33
8 8
1
33
10 0
33
1 0 00
5
10
15
20
25
30
35
40
45
Gruppe C (Kugel) Gruppe A (Lego) GruppeB (Comic)
Anz
ahl d
er K
inde
r
kein Modell
Kugeln
Lego
Comic
andere
Abb. 3.1-7: Verteilung der gezeichneten Modelle bei den einzelnen Gruppen bei Test 3 (n=126)
3 Ergebnisse
65
3.1.7 Einfluss der Modellreihenfolge auf das Verstä ndnis
Ein weiterer Aspekt, der untersucht werden sollte, ist, ob die Reihenfolge, in der die
Kinder die einzelnen Modelle präsentiert bekamen, Einfluss auf ihr Verständnis hatte.
Deshalb wurden die jeweiligen Durchschnittsverständniswerte pro Test und Gruppe
ermittelt.
0
0,5
1
1,5
2
2,5
3
3,5
4
0 1 2 3 4
Testnummer
Dur
chsc
hnitt
sver
stän
dnis
Gruppe A
Gruppe B
Gruppe C
Abb. 3.1-8: Durchschnittsverständnis der einzelnen Gruppen über den gesamten Untersu-
chungsverlauf
Wie aus dem Verlauf der Graphen in Abbildung 3.1-8 ersichtlich ist, ergaben sich
keine nennenswerten Unterschiede, was nach den Ergebnissen des Modellgruppen-
vergleichs auch nicht anders zu erwarten war. Es traf also nicht zu, dass eine Gruppe
einen Vorteil daraus gehabt hätte, dass sie ein besonders anschauliches Modell
gleich am Anfang des Projekts sah, im Gegensatz zu einer anderen, die dies erst in
der letzten Lerneinheit kennen lernte.
Nachdem weder eine Modellgruppe noch eine bestimmte Reihenfolge den Lernen-
den besonders gut helfen konnte, das Teilchenkonzept und die damit verbundenen
Lerninhalte zu verstehen, ist es nicht verwunderlich, dass auch in Test 4 zwischen
den einzelnen von Anfang an gleich starken Gruppen kaum Unterschiede festzustel-
len sind. Wie in Abbildung 3.1-9 ersichtlich ist, erlangten alle drei ein Durchschnitts-
verständnis von etwa 2.
3 Ergebnisse
66
2,1 2,012,14
1
1,5
2
2,5
3
3,5
4
Gruppe A Gruppe B Gruppe C
Dur
chsc
hnitt
vers
tänd
nis
Abb. 3.1-9: Durchschnittsverständnis der einzelnen Gruppen bei Test 4
3.1.8 Einfluss des vorher Gesehenen auf das gezeich nete Modell
In der Längsuntersuchung von T1 bis T3 ließen sich keine Effekte auf das Verständ-
nis durch das in der Vorwoche gesehene Modell ausmachen. Betrachtet man aller-
dings die Modellwahl der Schüler, kann man solche Effekte durchaus feststellen, da
es immer wieder dazu kam, dass Kinder ein Modell zeichneten, dass sie bereits in
einer anderen Woche zu sehen bekamen.
Auch hier zeigt die Grafik die Verteilung der verschiedenen Modelle auf die einzelnen
Gruppen. Der blaue Balken zeigt die Anzahl der Schüler, die die Darstellungsweise
bevorzugen, die sie in der Lerneinheit zum Thema Lösen gesehen haben. Der rosa-
farbene Balken stellt die Lernenden dar, die das Modell aus der Unterrichtssequenz
zum Schmelzen zeichneten. Man erkennt deutlich, dass 39% der Kinder (n = 118)
aus Gruppe A bei Test 2 das Modell der Vorwoche bevorzugten. Hierbei handelt es
sich um das Kugelmodell. Aus den anderen beiden Gruppen zeichnete kaum jemand
das Modell, das er in der Woche zuvor sah.
3 Ergebnisse
67
12
1 1
18
34
26
1 15
10
36
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
Gruppe A Gruppe B Gruppe C
Anz
ahl d
er K
inde
r bei T1 gesehen
bei T2 gesehen
anders
keine Zeichnung
Abb. 3.1-10: Verteilung der gezeichneten Modelle be i Test 2 auf die einzelnen Gruppen (n=118)
Auch beim Test zum Thema Verbrennung gab es einige Schüler, die ein Modell aus
einem anderen Film bevorzugten. Diejenigen aus Gruppe A wählten erneut das Mo-
dell aus der ersten, die Kinder aus Gruppe B das Modell der zweiten Unterrichtsein-
heit. In beiden Fällen handelte es sich um 19% der Schüler (n= 126), die die Darstel-
lungsweise mit Kugeln wählten. Dennoch ist die Zahl derer, die dasjenige Modell
zeichneten, das sie in dieser Woche vorgestellt bekamen, sehr hoch.
8
1 00
8
1
33 33 33
0 0 14
2 3
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
Gruppe A Gruppe B Gruppe C
Anz
ahl d
er K
inde
r bei T1 gesehen
bei T2 gesehen
bei T3 gesehen
anders
kein Modell
Abb. 3.1-11: Verteilung der gezeichneten Modelle be i Test 3 auf die einzelnen Gruppen (n=126)
3 Ergebnisse
68
3.1.9 Entwicklung einzelner Schüler im Testverlauf
Interessant ist natürlich auch die Entwicklung einzelner Lernenden während des ge-
samten Testverlaufs. Als Kriterium wurden jeweils diejenigen fünf Schüler ausge-
wählt, die am besten beziehungsweise am schlechtesten bei der Voruntersuchung
abschnitten. Da wie bereits dargelegt kein nennenswerter Unterschied zwischen den
Modellgruppen nachweisbar ist, kann die Modellgruppenzugehörigkeit im Folgenden
vernachlässigt werden.
0
0,5
1
1,5
2
2,5
3
3,5
4
0 1 2 3 4
Testnummer
Dur
chsc
hnitt
sver
stän
dnis
annjon
chrnic
dorrob
helchr
marfel
Gesamtdurchschnitt
Abb. 3.1-12: Die Leistungen der fünf besten Schüler beim Vorwissenstest über den gesamten
Testverlauf
Wie Abbildung 3.1-12 veranschaulicht, schnitten die Schüler, die bereits ein gutes
Vorwissen hatten, über den ganzen Testverlauf hinweg sehr gut ab. Anders verhielt
es sich bei den Probanden, die mit wenigen Vorkenntnissen ans Gymnasium ge-
kommen waren (Abb. 3.1-13). Sie erzielten eher unterdurchschnittliche Leistungen.
Ein Schüler konnte sich allerdings deutlich steigern, während zwei weitere zum Ende
der Untersuchung das Durchschnittsniveau erreichten.
3 Ergebnisse
69
0
0,5
1
1,5
2
2,5
3
3,5
4
0 1 2 3 4
Testnummer1
Dur
chsc
hnitt
sver
stän
dnis
chanat
micnic
pateri
tatnat
ursadr
Gesamtdurchschnitt
Abb. 3.1-13: Die Leistungen der fünf schlechtesten Schüler beim Vorwissenstest über den ge-
samten Testverlauf
3.1.10 Transfer
Da wir mit einer der Forschungsfragen erfahren wollen, ob die Kinder Teilchen in ihre
persönlichen Erklärungskonzepte aufnehmen, auch wenn sie nicht explizit danach
gefragt werden, muss man sich die jeweiligen Transferfragen genauer ansehen. Wie
im Material-und Methoden-Teil angegeben, sollte die letzte Frage in jedem Test ge-
nau diese Forschungsfrage beantworten. In Abbildung 3.1-14 ist zu sehen, welcher
Anteil der Kinder bei dieser Aufgabe mit Teilchen argumentiert und welcher nicht.
10%
73%
17%
nicht bearbeitet
keine Teilchen
Teilchen
7%
91%
2%
10%
29%
61%
Abb. 3.1-14: Anteil der Kinder mit Teilchenargument ation bei den Transferfragen
T1: n = 126, T2: n = 124, T3: n = 127
3 Ergebnisse
70
Anhand der Diagramme ist zu erkennen, dass in der ersten Lernerfolgskontrolle nur
17% der Schüler mit Teilchen argumentieren, bei der Transferfrage von T2 sogar nur
2%. Auf den ersten Blick überraschend ist das Ergebnis des Tests 3. Bei der letzten
Lernzielkontrolle beantworten 61% die Transferfrage mit Hilfe von Teilchen. Ein ge-
naues Lesen der Fragen kann diesen Unterschied allerdings aufklären. Der Wortlaut
der einzelnen Fragen ist im Folgenden wiedergegeben.
T1) Wenn du nach dem Duschen ans Badezimmerfenster schaust, ist es ganz nass und mit Wasser beschlagen, auch wenn du nicht dagegen gespritzt hast. Finde hierfür eine Erklärung!
T2) Paul hat eine gute Idee: Heute putzt er das Badezimmer. Zu diesem Zweck schüttet er etwas Wasser auf den gefliesten Boden, bürstet kräftig hin und her, bis der Boden glänzt, und lässt das Ganze dann trocknen. Hat Paul alles richtig gemacht und den Boden mit seiner Putzmethode sauber bekommen?
T3) Wenn im Motor eines Autos Benzin verbrannt wird, dann werden die Abgase über den Auspuff abgegeben. Die Abgase enthalten auch Ruß; den kann man als schwarze Wölkchen sehen. Erfinde ein sinnvolles Modell für ein Benzinmolekül. Beschreibe es mit Hilfe einer Zeichnung!
Sieht man sich die Fragestellungen genauer an, kann man erkennen, dass in den
ersten beiden Lernzielkontrollen durch die Transferfrage die Forschungsfrage beant-
wortbar ist, bei T3 dagegen nicht. Hier wird explizit nach einem „Modell für ein Ben-
zinmolekül“ gefragt, weshalb es nicht verwunderlich ist, dass auch 61% der Schüler
bei ihrer Antwort auf diese Frage Teilchen zeichneten.
Nach einer bzw. zwei Lerneinheiten haben nur 17% bzw. 2% der Kinder Teilchen in
ihr Erklärungskonzept aufgenommen. Ein großer Teil der Schüler argumentiert also
immer noch auf phänomenologischer Ebene.
3.1.11 Test 4 (T4)
Ähnlich wie bei den Transferfragen schon ermittelt, ist auch bei Test 4 festzustellen,
dass die Kinder das Teilchenkonzept nicht als Erklärungshilfe anwenden. Sobald sie
nicht explizit dazu aufgefordert werden, mit Teilchen zu argumentieren, tun sie es
auch nicht. Lediglich 15 von 129 Schülern benützten ein Modell, um die Frage nach
der Entstehung des Theaterbluts zu beantworten.
3 Ergebnisse
71
12%
88%
Teilchen verw endet
keine Teilchenverw endet
Test 4 Frage 1
81%
19%
Teilchen verw endet
keine Teilchenverw endet
Test 4 Frage 2.1.
Abb. 3.1-15: Verwendung von Teilchen bei Test 4 (n= 129)
Anders verhält es sich, wenn man die Lernenden auffordert, Teilchen zu zeichnen,
dann verwenden über 80% eine modellhafte Darstellung. Wie man nach den bisheri-
gen Ergebnissen schon vermuten kann, zeichneten die meisten Probanden das Ku-
gelmodell. So verwendeten es bei Aufgabe 2.1. von T4 70% der Kinder, die Teilchen
zeichneten. Auch bei den anderen beiden Teilaufgaben zeichnete fast die Hälfte der
Lernenden Kugeln. Dass die Zahl leicht zurückgeht, lässt sich dadurch erklären, dass
der Schwierigkeitsgrad der Aufgabe zunahm und sich mehr Schüler für eine phäno-
menologische Argumentation entschieden. Die Werte für die anderen beiden Modell-
arten sind sehr gering, sie werden kaum verwendet. Der relativ hohe Wert für ganz
andere Modelle setzt sich aus Kindern zusammen, die entweder mehrere der gezeig-
ten Modelle gleichzeitig anbieten oder sich etwas völlig neues, wie beispielsweise
Monde ausdenken.
2435 40
7364 61
4 4 410 8 9
17 18 15
0%
10%
20%
30%
40%
50%
60%
70%
80%
90%
100%
Frage 2.1. Frage 2.2. Frage 2.3.
Anza
hl der K
inde
r in P
roze
nt
andere
Comic
Lego
Kugeln
kein Modell
Abb. 3.1-16: Verteilung der verwendeten Modelle bei Frage 2 von Test 4 (n=129)
3 Ergebnisse
72
3.1.12 Präferenztest (T5)
Nach diesen Ergebnissen mögen die Daten aus dem Präferenztest doch etwas über-
raschen. Auf die Frage welches Modell ihnen am besten gefallen hat, antworteten
72% der Kinder (n=124) mit dem Comic- und nicht mit dem Kugelmodell. Die ande-
ren zwei Modellarten sind mit 10% (Lego) und 17% (Kugel) eher abgeschlagen.
1%17%
10%
72%
kein Modell
Kugel
Lego
Comic
Abb. 3.1-17: Beliebtheit der verschiedenen Modellgr uppen (n = 124)
Als Begründung führten die meisten Kinder Spaß an und argumentierten, dass sie
die Comicfiguren lustig fanden. So begründete einer der Schüler seine Entscheidung
damit, dass es kein „Erwachsenenzeug“ sei und ein anderer stellte fest: „Wenn ich
etwas witzig finde, lerne ich besser“. Aber auch die Tatsache, dass sich die Männ-
chen an den Händen hielten und man so gut sehen konnte, wann die Teilchen nun
verbunden waren, wurde von mehreren Kindern als Vorteil dieses Modells gewertet.
63
5
24
3
0
10
20
30
40
50
60
70
Lustig Ton am bestenvorstellen
halten sich anden Händen
Anz
ahl d
er K
inde
r
Abb. 3.1-18: Gründe für die Beliebtheit des Comic-M odells bei Frage 1 (Mehrfachnennungen möglich)
3 Ergebnisse
73
Bei der Frage nach demjenigen Modell, mit dem die Kinder die Filme am besten ver-
standen haben, ergibt sich allerdings ein anderes Bild. Hier wurden das Comic- mit
40% und das Kugelmodell mit 41% etwa gleich oft genannt.
1%
41%
18%
40% kein Modell
Kugel
Lego
Comic
Abb. 3.1-19: Modell, mit dem die Lernenden die Erkl ärungen am besten verstehen konnten.
(n=124)
Die Begründungen allerdings, die aus Sicht der Kinder für die klassische Darstel-
lungsweise sprechen, sind ganz andere als die für das Comicmodell. So steht hier
vor allem die Übersichtlichkeit im Vordergrund, und dass es sich die Lernenden so
besser vorstellen können.
13
9 9
0
2
4
6
8
10
12
14
vorstellen echt /wissenschaftlich übersichtlich
Anz
ahl d
er K
inde
r
Abb. 3.1-20: Begründungen für die Entscheidung für das Kugelmodell bei Frage 2
3 Ergebnisse
74
Nah hiermit verbunden ist allerdings auch die Fehlvorstellung, Teilchen sähen in
Wirklichkeit so aus. Es finden sich mehrere Antworten wie folgende: Die Kugeln se-
hen „ungefähr wie echte Teilchen [aus] nur vergrößert.“ Oftmals lassen sie sich aller-
dings nicht so gut von denen abgrenzen, die das Modell nur deshalb bevorzugen,
weil sie es für wissenschaftlicher und erwachsener halten. So sagte ein Junge ganz
selbstbewusst: „Ich habe eine Empathie zur Wissenschaft.“
Noch eine andere Verteilung der Meinungen fand sich, als man die Schüler dazu be-
fragte, welches der vorgestellten Modelle sie verwenden würden, um einem kranken
Mitschüler etwas zu erklären. Bei dieser Frage schnitten alle drei Modelle gleich gut
ab. Mit 36% lag das Comicmodell zwar weiterhin in der Gunst der Kinder vorn, aber
mit 29% der Probanden ist das klassische Modell, auf dem letzten Platz, nicht weit
davon entfernt.
2%
29%
33%
36%kein Modell
Kugel
Lego
Comic
Abb. 3.1-21: Modell, welches die Lernenden anwenden würden, um anderen etwas zu erklären
(n=124).
Bei der Auswertung der einzelnen Begründungen stellte sich heraus, dass sich die
Kinder durchaus ihre Gedanken über die eine oder andere Darstellungsweise mach-
ten. Die Vorteile des Kugelmodells blieben weiterhin dieselben wie in den vorigen
Befragungen. Das Legomodell kann hier jedoch seine großen Stärken zeigen. So
empfanden es 9 der 41 Kinder als Hilfe für den Kranken, dass er die Moleküle selbst
nachbauen könne. Noch mehr, nämlich 14 potentielle „Nachhilfe-Lehrer“ nahmen an,
dass es für das Vorstellungsvermögen förderlich sein könne, dass jeder die bunten
Bausteine kenne.
3 Ergebnisse
75
9
14
7
0
2
4
6
8
10
12
14
16
kann man nachbauen kennt jeder kann man sich gutvorstellen
Anz
ahl d
er K
inde
r
Abb. 3.1-22: Begründungen für das Legomodell
Eine neue Begründung für das Comicmodell, die zu den anderen bereits genannten
noch hinzukommt, ist, dass die Teilchen in den Geschichten Namen haben. Insge-
samt erachteten das 7 der Kinder als großen Vorteil. Zum einen schrieben sie, dass
sie so die Teilchen leichter auseinander halten könnten, zum anderen diene es aber
auch dem besseren Erinnern.
Des Weiteren wurden die Schüler gefragt, wie viel sie zu den einzelnen Themen vor
DEMO schon gewusst hatten, wie viel sie dazu lernten und wie schwierig das jeweili-
ge Thema für sie war. Dabei sollten die Kinder jeweils auf einer Skala von 1- 4 an-
kreuzen.
Auf die Frage nach dem Vorwissen antworteten die Schüler erwartungsgemäß, da
Themengebiete ja nach steigender Schwierigkeit, d.h. nach fallendem Vorwissen sor-
tiert wurden. Eine 1 anzugeben bedeutete hier, vor dem Projekt schon sehr viel ge-
wusst zu haben, eine 4 bedeutete, noch nicht so viel gewusst zu haben. Zum Thema
Schmelzen gaben 83% (n = 124) der Kinder an, schon einiges gewusst zu haben.
Zur zweiten Unterrichtseinheit brachten schon wesentlich weniger Lernende fundier-
tes Grundwissen mit. Hier waren es nur etwas mehr als die Hälfte, die eine 1 oder 2
markierten. Das Verbrennen einer Kerze auf Teilchenebene stellte für die meisten
Kinder Neuland dar. Hier kreuzten sogar 36% eine 4 an, was bedeutete, dass sie der
Meinung waren, noch nicht viel gewusst zu haben.
3 Ergebnisse
76
28
50
70
16
16
33
35
50
17
45
8
4
-100% -80% -60% -40% -20% 0% 20% 40% 60% 80%
Verbrennen
Lösen
Schmelzen
sehr viel Vorwissen nicht so viel Vorwissen
Abb. 3.1-23: Vorwissen der Schüler zu den einzelnen Lerneinheiten
Des Weiteren sollten die Schüler angeben, wie viel sie bei den einzelnen Themen
gelernt hatten. Hier repräsentierte eine 1 „sehr viel gelernt“, eine 4 „nicht so viel“.
Wie in Abbildung 3.1-24 auf den ersten Blick zu erkennen ist, gaben die meisten Kin-
der an, bei dem DEMO-Projekt sehr viel gelernt zu haben, was sehr erfreulich ist.
Auch hier ist eine Steigerung von T1 bis T3 zu sehen, wenn auch nicht ganz so deut-
lich wie bei der vorherigen Frage. Der Anteil derjenigen Kinder, die eine 1 oder 2 an-
kreuzten, also davon ausgingen, einiges gelernt zu haben, steigt von 73% über 77%
auf 88% (n=124).
36
44
72
49
47
12
21
20
4
7
13
47
-100% -80% -60% -40% -20% 0% 20% 40%
Verbrennen
Lösen
Schmelzen
sehr viel gelernt nicht so viel gelernt
Abb. 3.1-24: Lernpensum der Schüler bei den einzeln en Unterrichtseinheiten
3 Ergebnisse
77
Auch bei der Frage nach der Schwierigkeit sind die Unterschiede zwischen den drei
Lerneinheiten nicht so deutlich zu erkennen. Im Allgemeinen ist zu sagen, dass die
Schüler zur Selbstüberschätzung neigten. Wenn man sich die Durchschnittswerte
des Verständnisses der drei Lernzielkontrollen aus Punkt. 3.1 wieder ins Gedächtnis
ruft, waren diese schwer zu bearbeiten. Das Ergebnis dieser Frage ist aber ein ande-
res. Zwar verdoppelt sich der Anteil derjenigen Kinder, die eine 3 oder 4 ankreuzten,
den Test also für schwierig hielten, von T1 (16%) zu T2 (31%) fast, T3 wird aber wie-
der als einfacher bewertet (n=124).
60
55
58
32
30
50
26
33
18
6
6
2
-100% -80% -60% -40% -20% 0% 20% 40%
Schmelzen
Lösen
Verbrenne
sehr sehr
Abb. 3.1-25: Schwierigkeit der einzelnen Unterricht seinheiten nach Meinung der Schüler
Die Ergebnisse der achten Frage sind von großer Bedeutung für die weitere Anwen-
dung dieses Computerlernprogramms. Die Schüler sollten auf einer Skala von 1-4
angeben, wie gut ihnen die einzelnen Teile der Unterrichtseinheiten gefallen haben.
Die 1 entspricht dabei „sehr gut, die 4 „ nicht so gut“, also anders herum, als bei den
bisherigen Diagrammen.
3 Ergebnisse
78
1,65 1,771,47
2,57 2,65
0
0,5
1
1,5
2
2,5
3Mus
ikclip
Expe
rimen
t
Mod
ellfil
m
Zusa
tzaufga
ben
Tests
sehr
gut
-- n
icht
so
gut
Abb. 3.1-26: Beliebtheit der verschiedenen Teile de r Lerneinheit
Auch hier bewerteten die Kinder das Projekt überwiegend positiv. Am besten gefiel
den Lernenden der Modellfilm, den mehr als 60% mit „sehr gut“ beurteilten. Auch der
Musikclip und der Experimentierfilm schnitten sehr gut ab. 80% der Schüler bewerte-
ten diese beiden Teile mit 1 oder 2. Diese Elemente der Unterrichtseinheiten kamen
also bei den Schülern gut an.
Anders verhielt es sich mit den Zusatzaufgaben und den schriftlichen Tests, die
mit Durchschnittswerten von über 2,5 verhältnismäßig schlecht abschnitten. Hier war
es nicht einmal mehr die Hälfte aller Kinder, die die beiden Teile mit 1 oder 2 bewer-
teten, über die Hälfte der Lernenden fanden diese Aufgaben also nicht so gut.
Zwei weitere Fragen (7 und 9) widmeten sich der Beliebtheit des Faches Natur und
Technik und der Interessantheit des Demo-Projekt im Verhältnis dazu.
Obwohl das Fach Natur und Technik schon von vielen Schülern als eines ihrer Lieb-
lingsfächer bezeichnet wurde, war das Demoprojekt noch interessanter. Abbildung
3.1-27 veranschaulicht dieses erfreuliche Ergebnis.
3 Ergebnisse
79
14
17
3
4
48
70
56
30
-20% 0% 20% 40% 60% 80% 100%
Beliebtheit von NuT NuT
Gefallen des Projekts DEMO
Lieblingsfach
viel interessanter als normaler Unterricht
mag ich nicht
viel langweiliger
Keine Angabe: 3
Abb. 3.1-27: Bewertung des Projekts und des NuT Unt errichts
Über 80% der Kinder bezeichneten „Natur und Technik“ als ihr Lieblings-, oder
„Zweitlieblingsfach“ und trotzdem fanden sogar 43% das DEMO-Projekt viel interes-
santer als den üblichen Unterricht. Nur drei der Befragten bezeichneten es als sehr
langweilig. Dieses Ergebnis bestätigt das positive Ergebnis der achten Frage. Diese
Untersuchung scheint die Kinder also begeistert zu haben.
Bei der letzen Frage dieses Präferenztests wurde nach beliebten Fernsehsendungen
mit wissenschaftlichem Charakter gefragt. Hier muss angemerkt werden, dass die
Kinder insgesamt solche Sendungen sehr rege konsumierten. Nur vier Kinder gaben,
an keines dieser Magazine anzusehen.
0102030405060708090
100
Löwen
zahn
Wiss
en m
acht
ah
Galileo
Sendu
ngm
it der
Mau
s
Willi
wills
wiss
en
Quark
s und
co
Anz
ahl d
er K
inde
r
Abb. 3.1-28: Anzahl der Kinder, die Wissenschaftsse ndungen ansehen (Mehrfachnennungen möglich)
3 Ergebnisse
80
Am beliebtesten waren, wie aus der Grafik zu entnehmen ist, „Wissen macht ah“
(69%), „Galileo“ (67%) und „Willi wills wissen“ (64%). Interessanterweise handelt es
sich hierbei und drei vollkommen unterschiedliche Sendungen. In „Wissen macht ah“
geben zwei Moderatoren Antworten auf Fragen des Alltags für Kinder ab sechs Jah-
ren. Das Wissensmagazin „Galileo“ ist mehr für Erwachsene ausgelegt, während es
sich bei „Willi wills wissen“ um Reportagen handelt, die speziell für Kinder ab sieben
Jahren gedacht sind und bei denen der Mensch im Vordergrund steht. Die beiden
bekannten Kindersendungen „Löwenzahn“ und „Sendung mit der Maus“ wurden da-
gegen von nicht so vielen Kindern konsumiert. Das Wissenschaftsmagazin „Quarks
und Co“ kannten nur sieben der teilnehmenden Schüler, was bei einem Sendeplatz
am Dienstagabend um 21 Uhr aber auch nicht verwunderlich ist.
3.1.13 Ziele
Im Folgenden soll untersucht werden, ob die im Material-und-Methoden-Teil be-
schriebenen Ziele der Lerneinheiten erreicht wurden. Für jeden dieser gewünschten
Lernerfolge wurde eine Frage ausgewählt, mit Hilfe derer man prüfen kann, ob die
gewünschte Erkenntnis gewonnen wurde. Ein Ergebnis im Hinblick auf ein Ziel gilt im
Rahmen dieser Untersuchung als angemessen, wenn zwei Drittel der Kinder unseren
Ansprüchen gerecht werden. Einen höheren Prozentsatz als Grenze zu nehmen wä-
re gerechtfertigt, da mit dem computergestützten Versuchsdesign nicht auf die spe-
ziellen Bedürfnisse jedes einzelnen Schülers eingegangen werden kann.
Für das Erfüllen der obersten Vorgabe sollten die die Kinder verstehen, dass Stoffe
aus kleinen Teilchen aufgebaut sind. Ob dies der Fall ist, kann man besonders gut
anhand von Frage 2.1. aus Test 4 erkennen, in der zwei Salzhäufchen auf Teilchen-
ebene gezeichnet werden sollten. Wie aus Abbildung 3.1-29 ersichtlich ist, haben
82% der Kinder einen Teilchenbegriff entwickelt. Damit kann das Lernprogramm in
Hinsicht auf dieses Ziel erfreulicher Weise als erfolgreich gelten.
3 Ergebnisse
81
18%
82%
Ziel nicht erreicht
Ziel erreicht
Abb. 3.1-29: Ziel: Stoffe sind aus kleinen Teilchen aufgebaut (n=129).
Als nächstes wird nun das Erreichen der Feinziele der einzelnen Unterrichtseinheiten
dokumentiert.
3.1.13.1 Ziele der Unterrichtseinheit zum Thema Schmelzen
Das erste gesetzte Lernziel zum Thema Schmelzen war es, den Schülern zu vermit-
teln, dass Wasser aus kleinen Teilchen besteht. Dieses gilt als erreicht, wenn ein
Kind bei Frage 2.1 Teilchen gezeichnet hat. Erfreulicher Weise haben fast alle Kinder
(96%) dieses Ziel erreicht.
Ziel Ziel erreicht Ziel nicht erreicht Nicht bearbeitet
Lernziel 1: Wasser besteht aus kleinen Teil-
chen 96% 4% 0%
Lernziel 2: Schmelzvorgang verstehen 72% 28% 0%
Lernziel 3: Verhalten von Wasserteilchen im
gasförmigen Zustand 27% 68% 5%
Tab. 3.1-3: Lernziele der ersten Lerneinheit (n=126 )
Als zweite Vorgabe sollten die Kinder verstehen, was beim Schmelzen vor sich geht.
Hierzu wurde untersucht, wie viele Schüler wissen, wie Wasser sowohl im festen als
auch im flüssigen Zustand aussieht. Dem genügen diese Lernenden, die bei Frage
2.1. und gleichzeitig 2.2. vollständiges Verständnis aufweisen. Fast drei Viertel der
Kinder haben dieses Ziel erreicht (72%).
3 Ergebnisse
82
Als letztes sollten sich die Schüler erklären können, wie sich Wasserteilchen im gas-
förmigen Zustand verhalten. Darüber gibt Frage 2.3. Auskunft. Nur 27% erreichten
hier vollständiges Verständnis.
3.1.13.2 Ziele der Unterrichtseinheit zum Thema Lösen
Auch mit Hilfe der zweiten Lerneinheit sollten drei Ziele erreicht werden. Zunächst
sollten die Kinder erkennen, dass Salz aus zwei Arten von Teilchen besteht. Diese
Vorgabe erfüllte nur knapp die Hälfte der Schüler. Alle anderen zeichneten entweder
nur das Phänomen oder der Salzkristall bestand nur aus einer Sorte von Teilchen.
Ziel Ziel erreicht Ziel nicht erreicht Nicht bearbeitet
Lernziel 1: Salz besteht aus zwei Arten von
Teilchen. 49% 49% 2%
Lernziel 2: Salzteilchen sind im Kristall regel-
mäßig angeordnet. 26% 72% 2%
Lernziel 3: Gelöste Teilchen verschwinden
nicht. 71% 29% 0%
Tab. 3.1-4: Lernziele der zweiten Lerneinheit (n=12 4)
Leider war nur wiederum die Hälfte der Kinder, die den Aufbau des Salzes aus zwei
verschiedenartigen Teilchen dargestellt hat, in der Lage, diese auch regelmäßig an-
zuordnen. So wurden lediglich 26% aller Kinder bei Frage 2 mit vollständigem Ver-
ständnis bewertet.
71% der Lernenden haben verstanden, dass sich im Salzwasser gelöste Salzteilchen
befinden. Alle Schüler, die bei der ersten Frage weitgehendes und vollständiges Ver-
ständnis zeigten, haben das dritte Ziel dieser Unterrichtseinheit erreicht. Wie aus
dem Bewertungsschlüssel ersichtlich, wurden nur die Kinder mit vollständigem Ver-
ständnis bewertet, die zwei verschiedene Salzteilchen zeichneten. Da dies jedoch für
die Tatsache, dass gelöste Teilchen nicht verschwinden, irrelevant ist, wurden auch
diejenigen mit aufgenommen, die nur eine Art von Teilchen verwendeten und damit
nur weitgehendes Verständnis aufwiesen. Leider ist die Fragestellung so formuliert,
dass sie den Schülern ohnehin schon suggeriert, die Teilchen lösten sich nicht auf,
3 Ergebnisse
83
denn dort ist zu lesen, dass das Salz nur „scheinbar“ verschwindet. Deshalb lässt
sich nicht mit Gewissheit sagen, ob diese Kinder das Ziel erreicht haben oder nicht.
3.1.13.3 Ziele der Unterrichtseinheit zum Thema Verbrennen
Die letzten drei Ziele beziehen sich auf die Lerneinheit zum Thema Verbrennung. So
sollten die Kinder im Anschluss daran den Atom- und Molekülbegriff kennen und rich-
tig anwenden können. Ob das erreicht, wurde lässt sich anhand von Frage 2 zeigen.
Ziel Ziel erreicht Ziel nicht erreicht Nicht bearbeitet
Lernziel 1: Atom- und Molekülbegriff kennen 15% 65% 20%
Lernziel 2: Atome haben in unterschiedlichen
Molekülen verschiedene Eigenschaften. 15% 75% 10%
Lernziel 3: Vorgang der chemischen Reaktion 9% 83% 8%
Tab. 3.1-5: Lernziele der dritten Lerneinheit (n=12 7)
Es waren nur 15% in der Lage das Kohlenstoffdioxidmolekül richtig zu beschriften.
Der schlechte Wert lässt sich aber auch darauf zurückführen, dass viele Kinder ent-
weder gar nicht be-
schrifteten (20%) und
andere wiederum nur
den Elementnamen
ohne Atom- und Mo-
lekülbegriff verwendeten. Bei diesen Schülern kann man nicht mit Sicherheit feststel-
len, ob sie das Ziel erreicht haben oder nicht.
Die Lernenden sollten außerdem nach der letzten Einheit verstehen, dass gleiche
Atome in verschiedenen Molekülen mit ganz unterschiedlichen Eigenschaften vor-
kommen können. Um das festzustellen, wurde Frage 5 ausgewählt. Hier wird nach
einem von den Kindern erdachten Benzinmolekül gefragt. Um vollständiges Ver-
ständnis zu erreichen, war es notwendig zu verstehen, dass der entstandene Ruß
aus dem Benzinmolekül, das völlig andere Eigenschaften als dieser besitzt, hervor-
gegangen ist. Dies bewältigten nur 15% der Fünftklässler.
Abb. 3.1-30: Problem mit dem Molekül - und atombegriff
3 Ergebnisse
84
Das letzte Feinziel betrifft das Verständnis der chemischen Reaktion. Danach wurde
explizit bei Aufgabe 4 gefragt. Leider waren nur 9% der Kinder in der Lage zu erklä-
ren, was während der chemischen Reaktion passiert. Viele zeichneten Edukte und
Produkte, wobei auch dies nicht immer fehlerfrei gelang.
3.1.14 Fehlvorstellungen
Neben den verfehlten Zielen kam es auch zur Bildung diverser Fehlvorstellungen.
Diejenigen, die von mehreren Kindern entwickelt wurden, sollen im Folgenden aufge-
führt werden.
3.1.14.1 Das „Teilchen-in-Kontinuum-Problem“
Eine Fehlvorstellung, die von sehr vielen Kindern des gesamten Testverlaufs beibe-
halten wurde, ist das „Teilchen-in-Kontinuum-Problem“. Da in den Experimenten häu-
fig mit Wasser gearbeitet wurde, ließt es sich immer dann beobachten, wenn Teil-
chen im Wasser „schwammen“.
Abb. 3.1-31: Ein Beispiel für eine Darstellung von Wasserteilchen, die sich innerhalb von Was-
ser bewegen.
Bei dem Test zum Schmelzen zeichneten die Kinder Wasserteilchen, die von Wasser
als Materie umgeben waren. Hier zeigte sich, dass knapp ein Fünftel Probleme mit
dem Diskontinuum-Konzept hatte.
3 Ergebnisse
85
4%
18%
78%
nicht ersichtlich
Fehlvorstellung
keine Fehlvorstellung
Abb. 3.1-32: Fehlvorstellung „Wasserteilchen schwim men im Wasser“ bei Test 1 (n=126)
Ab der zweiten Lerneinheit gab es neben Wasser- auch
Salzteilchen. Sobald es hier zum Löseprozess kam, fanden
sich Darstellungen, bei denen sich die Salzteilchen in der
Materie Wasser befanden. Beim zweiten Test waren es
31%, also fast ein Drittel der Kinder, die eine solche
Fehlvorstellung entwickelt hat.
3931
68
35
18
63
0%
10%
20%
30%
40%
50%
60%
70%
80%
90%
100%
T2 T4
Anz
ahl d
er K
inde
r in
Pro
zent
nicht ersichtlich
keine Fehlvorstellung
Fehlvorstellung
Abb. 3.1-34: Fehlvorstellung „Teilchen schwimmen i m Wasser“ bei Test 2 und 4
Abb. 3.1-33: Beispiel für Wasser - und
Salzteilchen, die in Wasser sind.
3 Ergebnisse
86
Nach Betrachten der Abbildung 3.1.-34 könn-
te die Vorstellung entstehen, dass im Laufe
der Untersuchung die Fehlvorstellung zumin-
dest bei einigen Kindern von einer wissen-
schaftlichen Denkweise abgelöst wurde. Das
wäre aber vorschnell, da fast die Hälfte der
Schüler bei T4 kein Wasser gezeichneten,
weil dies nicht explizit in der Fragestellung
verlangt war. Es kann also nur von 27% der
Kinder mit Sicherheit behauptet werden, dass
sie diese Fehlvorstellung nicht entwickelt haben.
3.1.14.2 Die Fehlvorstellung: „Teilchen ändern Eigenschaften“
Eine andere ebenfalls weit verbreitete Fehlvorstellung, die in den meisten Tests zum
Vorschein kam, ist die, dass Teilchen ihre Eigenschaften ändern können. Hierunter
fallen sowohl das Schmelzen und Auflösen der Teilchen, als auch das Ändern von
Größe oder Farbe.
34
10
64
69
40
32
23
74
33
0%
10%
20%
30%
40%
50%
60%
70%
80%
90%
100%
T1 T2 T4
Anz
ahl d
er K
inde
r in
Pro
zent
nicht ersichtlich
keine Fehlvorstellung
Fehlvorstellung
Abb. 3.1-36: Fehlvorstellung „Teilchen ändern ihre Eigenschaften“ bei Test 1, 2 und 4
Nach der ersten Lerneinheit hielten noch 34
Kinder an dem Präkonzept, dass Teilchen
sich verändern können fest. Besondere
Schwierigkeiten bereitete ihnen dabei das
Abb. 3.1-35: weiteres Beispiel für Salztei l-
chen, die in Wasser schwimmen
Abb. 3.1-37: Beispiel für schmelzende
Butterteilchen
3 Ergebnisse
87
Zeichnen eines Modells von weicher Butter im Vergleich zu fester Butter. 65% von
dieser Schülern nahm an, dass die Teilchen selbst schmelzen.
Auch bei der zweiten Lernerfolgskontrolle gab es noch zehn Schüler, die diese Fehl-
vorstellung hatten. Hier trat sie im Zusammenhang mit der Frage auf, warum Salz mit
Wasser durch ein Filterpapier hindurch geht, ohne Wasser jedoch nicht. Oftmals wer-
den die Teilchen nämlich kleiner oder länglich, um durch den Filter zu gelangen. Es
ist davon auszugehen, dass noch mehr Kinder dieses Problem hatten, bei dieser Auf-
gabe aber phänomenologisch argumentierten oder sie gar nicht bearbeiteten.
Ein Sonderfall ist T4. Hier sahen die Lernenden keine Erklärung auf Modellebene,
woraus der hohe Prozentsatz derer resultierte, die annehmen, dass Teilchen ihre
Eigenschaften ändern. Die Hälfte der Kinder zeichneten Teilchen, die ihre Farbe än-
derten, kleiner wurden oder sich sogar ganz auflösten (23 Schüler).
Abb. 3.1-38: Beispiele für Teilchen, die ihre Eigen schaften ändern oder sich ganz auflösen
3 Ergebnisse
88
Eine andere drastische Veränderung war, dass Teilchen sich in völlig neue Teilchen
umwandeln konnten. So verwandelte sich bei Frage 5 der dritten Lernzielkontrolle in
10% der Fälle ein so genanntes Benzinmolekül, das nur aus einem Atom bestand, in
ein Kohlenstoffatom.
Abb. 3.1-39: einzelnes Benzinteilchen aus dem Ruß e ntsteht
Sogar 30% der Schüler ließen im vierten Test aus gelben
und weißen Teilchen neue rote Teilchen entstehen. Sie
zeichneten damit kleine Teile des ganzen Stoffs, die
natürlich die gleichen Eigenschaften wie dieser aufweisen
müssten. 16 Lernende nannten diese neuen Teilchen
„chemische Reaktion“. Sie haben also nicht verstanden,
dass die chemische Reaktion ein Vorgang ist und keine
Stoffbezeichnung.
13
39
53
51
61
39
0%
10%
20%
30%
40%
50%
60%
70%
80%
90%
100%
T3 T4
Anz
ahl d
er K
inde
r in
Pro
zent
nicht ersichtlich
keine Fehlvorstellung
Fehlvorstellung
Abb. 3.1-41: Fehlvorstellung „neue Teilchen entsteh en“ bei Test 3 und 4
Abb. 3.1-40: Beispiel für
„neue rote Teilchen"
3 Ergebnisse
89
3.1.14.3 Das Problem: „Teilchen werden in Wolken zusammengefasst“
Ein räumliches Problem ist das Zeichnen von „Teilchenwolken“. Die Wolken, die den
Wasserdampf repräsentieren sollten, wurden von den Kindern mit Teilchen ausge-
füllt, was sich bei 38% der Schüler zeigte.
Abb. 3.1-42: Beispiel für das Problem "Teilchen wer den in Wolken zusammengefasst"
20%
38%
42%nicht ersichtlich
Problem
kein Problem
Abb. 3.1-43: Problem „Teilchen in Wolken zusammenge fasst“ in Test 1 (n=126)
3.1.14.4 Nomenklaturprobleme bei Wasser- und Kohlenstoff
Eine weitere Verbesserung, die den Kindern nicht hinreichend helfen konnte, war das
Umfärben des Wasserstoffatoms. So sahen immer noch 20% der Fünftklässler kei-
nen Unterschied zwischen dem Wasserstoffatom und dem Wasserteilchen.
Ein ähnliches Problem trat auch bei Kohlenstoff und Kohlenstoffdioxid auf. 44 Kinder
beschrifteten das Kohlenstoffatom mit der Bezeichnung Kohlenstoffdioxid.
3 Ergebnisse
90
Abb. 3.1-44: Beispiele für Nomenklaturprobleme bei Kohlen- und Wasserstoff
2544
28
57
74
26
0%
10%
20%
30%
40%
50%
60%
70%
80%
90%
100%
Wasserstoff Kohlenstoff
Anz
ahl d
er K
inde
r in
Pro
zent
nicht ersichtlich
kein Problem
Problem
Abb. 3.1-45: Nomenklaturproblem bei Wasser- und Koh lenstoff bei Test 3
3.1.14.5 Kugelmodell wird für eine Abbildung der Wirklichkeit gehalten
Bei den Auswertungen zum Präferenztest fiel auf, dass tatsächlich, wie bereits be-
fürchtet, von einigen Kindern der Modellcharakter der Kugeln nicht erkannt wurde.
13% der Schüler (n = 126) bevorzugten bei einer der drei Fragen gerade aus dem
Grund dieses Modell, weil sie dachten, dass „die Teilchen auch kugelförmig sind“ und
sie das für die „echte Erklärung“ hielten. Diese Zahl könnte aber noch viel größer
sein. Von den anderen Kindern lagen nämlich keine Informationen vor, da dies nicht
untersucht wurde.
3 Ergebnisse
91
3.2 Optimierte Modellfilme
Um die Filme sinnvoll im Unterricht anwenden zu können bedurfte es einiger Verän-
derungen. Außerdem war es nötig, sich für eines der Modelle zu entscheiden. Dabei
handelt es sich jeweils nur um den Modelltyp, der die meisten Vorteile bietet.
Die fertigen Animationsfilme befinden sich im Anhang und lassen sich mit einem
Flash®-Player, der meist im Internet Browser integriert ist, abspielen.
3.2.1 Modellfilm zum Thema Aggregatzustände
Für die Optimierung dieses Trickfilms wurde die Comicvariante gewählt. Der Film
wurde um die Sequenz des Verdampfens erweitert, deshalb war es notwendig, ihn
von „Schmelzen“ in „Aggregatzustände“ umzubenennen. Außerdem sind die Was-
serteilchen nun nicht länger blau, sondern werden orange dargestellt.
Um sich die endgültige Fassung besser vorstellen zu können, findet sich hier eine
Beschreibung des Films. Die Szenenbeschreibung ist dabei in blau gehalten wohin
gegen der gesprochene Text schwarz abgedruckt ist. Die Ausrufe der Wassermänner
werden grün geschrieben.
Bild 1:
Ein Eisblock liegt in einem Glasgefäß.
Text:
Was passiert beim Schmelzen von Eis?
3 Ergebnisse
92
Bild 2:
Um den festen Zustand des Eises zu de-
monstrieren, wird mit einem Spatel gegen
den Block geklopft. Der Name des Aggre-
gatzustandes „fest“ wird eingeblendet.
Text:
Ein Eiswürfel ist in einem Glasgefäß. Er ist
fest.
Bild 3:
Eine Kerze wird unter das Gefäß gestellt.
Sie bringt den Eisblock zum Schmelzen. Der
Boden der Wanne verfärbt sich rot, was die
Wärmezufuhr symbolisieren soll.
Text:
Wasser ist aus winzig kleinen Wasserteil-
chen aufgebaut. Sie sind so klein, dass man
sie in keinem Mikroskop sehen kann. Damit man sich besser vorstellen kann, was
beim Schmelzen passiert, siehst du jetzt einen Comicfilm über kleinste Wasserteil-
chen und mit Walter Wassermann als Hauptdarsteller.
Bild 4:
Es folgt eine Überblendung auf Teilchen-
ebene. Die kleinen Walter Wassermänner
stehen regelmäßig dicht an dicht.
Text:
Die winzigen Wassermänner schauen ein
bisschen müde drein und halten sich ge-
genseitig an den Armen. Sie sitzen regel-
3 Ergebnisse
93
mäßig, dicht an dicht.
Die Wassermänner machen Gähn-Geräusche.
Bild 5:
Um den Bezug zur makroskopischen Ebene
herzustellen, klopft auch hier der Spatel ge-
gen den Block aus kleinen Männchen. Sie
stehen dicht und sind so unbeweglich, dass
er nicht hindurch kommt.
Text:
Selbst als der Spatellöffel gegen sie klopft,
gähnen sie einfach nur und rühren sich nicht. Aber langsam wird’s von unten richtig
heiß.
Die Wassermänner machen Gähn-Geräusche.
Bild 6:
Um den Schmelzvorgang näher zu beleuch-
ten, folgt nun eine Lupeneinstellung. Dabei
wird ganz nah an ein paar der Wassermän-
ner herangezoomt.
Text:
Mal sehen, was mit den Wassermännern
passiert.
3 Ergebnisse
94
Bild 7:
Durch die Hitze beginnen die Wassermän-
ner in den unteren Reihen, sich zu bewegen,
bis sie aus dem Eisblock befreit sind. An-
schließend rutschen die nächsten Wasser-
männer nach und auch sie entfernen sich
aus dem Eis.
Text:
Huch, ganz schön heiß ist es den Wassermännern unter ihren Füßen. Sie werden
ganz zappelig, fangen an zu hüpfen und verlassen ihren Platz.
Die nächsten Wassermänner berühren den heißen Boden. Aufgewacht, bloß weg
hier!
Sobald die Wassermänner den Boden berühren rufen sie: „Heiß!“ und „Ich muss
weg!“
Bild 8:
Anschließend ist wieder das gesamte Gefäß
zu sehen und alle Walter Wassermänner
können sich frei darin bewegen.
Text:
Am Ende haben alle Wassermänner ihre
festen Plätze verlassen und sind froh, dass
sie frei herumhüpfen können.
Einzelne Wassermänner rufen: „Yippie!“ und „Juhu!“
3 Ergebnisse
95
Bild 9:
Analog zu dem Vorgang bei festem Wasser
wird auch hier wieder der Spatel eingesetzt.
Diesmal sind die Männchen allerdings so
beweglich, dass er zwischen ihnen hindurch
bewegt werden kann. Der Name des Ag-
gregatzustandes „flüssig“ wird jetzt einge-
blendet.
Ein Wassermann ruft: „Achtung! Weg! Der Spatellöffel kommt!“
Vereinzelt rufen die anderen weiter „Yippie!“ und „Juhu!“
Bild 10:
Es folgt nun eine Überblendung zurück zur
phänomenologischen Ebene. In der Schale
befindet sich nun flüssiges Wasser.
Text:
Aus dem Eis ist flüssiges Wasser geworden.
Bild 11:
Der Spatel gleitet nun durch das Wasser.
Text:
Das flüssige Wasser hat sich auf dem gan-
zen Boden des Gefäßes ausgebreitet.
Aber was, wenn es noch heißer wird?
3 Ergebnisse
96
Bild 12:
Um die zweite Aggregatzustandsänderung
darstellen zu können, gibt es erneut eine
Überblendung zur Teilchenebene. Wieder
färbt sich der Boden rot, um den Eindruck
von Hitze zu vermitteln. Die Walter Was-
sermänner bewegen sich nun viel schneller
durch das Glasgefäß. Sie springen so wild,
bis sie irgendwann abheben.
Text:
Schauen wir noch einmal zu den Wassermännern. Sie bewegen sich immer schnel-
ler. Hui, ist das heiß! Und schon hebt einer ab und dann noch einer.
Die Wassermänner rufen wieder: „Heiß!“ und kurz bevor sie durch die Luft fliegen
„Ich muss weg!“
Bild 13:
Dieser Vorgang dauert so lange an, bis
schließlich alle Wassermänner sich frei im
ganzen Raum bewegen können. Der Name
des Aggregatzustandes „gasförmig“ wird
eingeblendet.
Text:
Die Wassermänner verteilen sich im ganzen
Raum.
Einzelne Wassermänner rufen wieder „Yippie!“ und „Juhu!“
3 Ergebnisse
97
Bild 14:
In der Schlusssequenz wird wieder die mak-
roskopische Ebene dargestellt. Hier sind die
Wassermänner nicht mehr sichtbar, da man
sie mit bloßem Auge nicht erkennen kann.
Text:
Aber weil sie so klein sind, kann man sie
nun nicht mehr mit bloßem Auge sehen.
Das Wasser ist gasförmig. Doch wir wissen jetzt, dass die Teilchen deshalb nicht
verschwunden sind.
Jetzt weißt du also, wie sich die Teilchen während den drei Aggregatzuständen fest,
flüssig und gasförmig verhalten und was passiert, wenn sich ein Aggregatzustand
ändert.
3.2.2 Modellfilm zum Thema Lösen
Auch für den Trickfilm zum Thema Lösen wurde die Comicversion als Vorlage ver-
wendet. Es soll nun allerdings nicht mehr Salz sondern Zucker gelöst werden, wes-
halb Norbert Natrium und Clemens Chlor nun durch Zenzi Zucker ersetzt wurden.
Auch dieser Animationsfilm wurde um eine Sequenz erweitert. Hier wird den Schü-
lern vermittelt, was eine gesättigte Lösung ist und wie eine solche zustande kommt.
Hierzu war es allerdings nötig, auch den gesamten Löseprozess zu modifizieren, da
manchmal ein Teilchen von einem Wassermolekül und manchmal von zweien aus
dem Kristall befreit wurde. So lässt sich aber die gesättigte Lösung nicht plausibel
erklären, weshalb der Film dahin gehend geändert werden musste, dass nur noch ein
Wasserteilchen nötig ist, um ein Zuckerteilchen aus dem Kristall zu entfernen. Haben
alle Wassermänner eine Zenzi an der Hand, ist eine gesättigte Lösung entstanden.
Dieser Schlüsselbegriff wird dann eingeblendet, wie man in der folgenden Darstel-
lung des Films sehen kann.
3 Ergebnisse
98
Bild 1:
Ein Zuckerkristall liegt im Wasser.
Text:
Was passiert beim Auflösen eines Zucker-
kristalls in Wasser? Ein Zuckerkristall liegt
im Wasser. Damit man besser verstehen
kann, was beim Auflösen passiert, siehst du
jetzt einen Comicfilm.
Bild 2:
Es findet eine Überblendung zur Teilchen-
ebene statt. Der Zuckerkristall ist aus lauter
grünen Männchen aufgebaut zu sehen. Sie
heißen Zenzi Zucker und stehen dicht an
dicht. Um sie herum bewegen sich die
orangefarbenen Wasserteilchen – Walter
Wassermänner.
Text:
Die Hauptdarsteller sind: Die grüne Zenzi Zucker und der orangefarbene Walter
Wassermann, der hier ganz quirlig durch die Gegend hüpft. Die Zenzis schauen ganz
ernst, weil sie nicht so frei herumhüpfen können wie die lustigen Wassermänner. Ob
das wohl so bleibt?
3 Ergebnisse
99
Bild 3:
Mit Hilfe der Lupe wird nun näher herange-
zoomt, um den Lösevorgang besser beo-
bachten zu können.
Text:
Schau mal genau hin.
Bild 4:
Man kann nun erkennen, dass ein Wasser-
mann an einer der Zenzis zieht und sie so
aus dem Kristall herauslöst. Dies geschieht
einige Male hintereinander.
Text:
Hey, Walter Wassermann zieht Zenzi Zu-
cker am Arm und schon ist sie frei! Diese
Zenzi sitzt ganz schön fest, aber schwupp, ist auch sie frei. Weiter geht’s! Die Was-
sermänner befreien eine nach der anderen.
Bild 5:
Anschließend ist wieder das gesamte Gefäß
zu sehen. Der ganze Zucker ist gelöst. Die
Zuckerteilchen können sich frei in der gan-
zen Wanne bewegen. Jede Zenzi wird je-
doch von einem Walter an der Hand gehal-
ten.
3 Ergebnisse
100
Text:
Am Ende sitzt niemand mehr fest. Die Zenzis hüpfen im Schlepptau der Wasser-
männer frei herum.
Bild 6:
Nun folgt die Überblendung zurück zur
makroskopischen Ebene. Man kann nun nur
noch das Wasser in dem Gefäß erkennen.
Text:
Der Film hat gezeigt, was beim Auflösen
eines Zuckerkristalls in Wasser passiert. Die
Zuckerlösung kann man auf den ersten Blick
nicht mehr von Wasser unterscheiden. Doch
ihr wisst ja, dass der Zucker nicht verschwunden ist. Was passiert aber, wenn man
noch mehr Zucker in die Lösung schüttet?
Bild 7:
Es wird ein Stück Würfelzucker in das Ge-
fäß mit der Lösung gegeben.
Text:
Es wird noch ein Zuckerwürfel in das Gefäß
gegeben. Schauen wir noch einmal zu Wal-
ter und Zenzi.
3 Ergebnisse
101
Bild 8:
Es gibt eine erneute Überblendung zurück
in die submikroskopische Ebene. Man kann
sowohl die Wasserteilchen und die gelösten
Zuckerteilchen erkennen, als auch die, die
noch fest im Kristall sitzen. Erneut lösen die
Wasserteilchen, die noch allein sind, Zu-
ckerteilchen aus dem Kristall.
Text:
Wieder beginnen die Wassermänner fleißig die Zenzis zu befreien.
Bild 9:
Dann stoppt der Lösevorgang, da eine ge-
sättigte Lösung vorliegt. Der Begriff „gesät-
tigte Lösung“ wird als wichtiges Schlüssel-
wort eingeblendet.
Text:
Doch was ist jetzt los? Kein Zuckerteilchen
wird mehr aus dem Kristall gelöst. Erkennst
du, warum? Jeder Walter hält nun eine Zenzi an der Hand. Jetzt kann er nicht mehr
die Kraft aufbringen, noch eine aus dem Zucker zu befreien. Der Chemiker nennt das
eine gesättigte Lösung.
Bild 10:
Nun gibt es die letzte Überblendung hin zur
Phänomenebene. Man erkennt, dass der
Zuckerwürfel etwas kleiner geworden ist,
sich aber nicht ganz aufgelöst hat, weil die
Lösung bereits gesättigt ist.
3 Ergebnisse
102
Text:
Der Zuckerwürfel ist nur ein bisschen kleiner geworden, aber er hat sich nicht völlig
gelöst. Die Lösung ist gesättigt. Das Wasser kann keinen Zucker mehr aufnehmen.
3.2.3 Modellfilm zum Thema Verbrennung
Für diesen Film wurde zur Verbesserung die Darstellung mit Kugeln gewählt. Das
Wasserstoffatom wird grün und nicht mehr blau dargestellt, außerdem ist das Koh-
lenstoffatom jetzt lila gefärbt. Auch in diesem Animationsfilm werden wieder einige
Fachbegriffe eingeblendet, was erneut gut in der Abbildungsfolge zu sehen ist. Die
Legende, die während des gesamten Films zu sehen ist, blieb erhalten.
Legende:
Während des gesamten Films ist neben dem
Fenster eine Legende zu sehen. Hier werden
zur besseren Orientierung die einzelnen Teil-
chen aufgeführt.
Aus den bereits erwähnten Gründen findet sich
das Wachsmolekül dort nicht wieder.
Bild 1:
Zu Beginn des Films wird eine brennende
Kerze gezeigt. Das Wachs steigt am Docht
empor, während die Kerze immer kleiner
wird.
Text:
3 Ergebnisse
103
Was passiert bei der Verbrennung einer Kerze?
Jeder hat schon einmal eine brennende Kerze gesehen und weiß, was eine Kerzen-
flamme ist. Was aber in einer Kerzenflamme passiert, versteht man am besten, wenn
man die kleinsten Teilchen unter die Lupe nimmt.
Bild 2:
Nun folgt die Überblendung zur submikro-
skopischen Ebene. Man erkennt die
Wachsmoleküle, die sich ebenfalls am
Docht entlang nach oben bewegen.
Text:
Auch eine Kerze ist natürlich aus kleinsten
Teilchen aufgebaut. Kleinste Teilchen kön-
nen einzelne Atome sein. Mehrere Atome können sich aber auch miteinander zu ei-
nem größeren Teilchen verbinden. So ein zusammengesetztes Teilchen nennt man
dann Molekül. Wachs besteht aus großen Molekülen. Diese Wachsmoleküle sind aus
zwei Sorten von Atomen aufgebaut. Kohlenstoffatome sind lila dargestellt, Wasser-
stoffatome grün. Durch die Wärme der Kerzenflamme schmilzt das Wachs. Im flüssi-
gen Wachs sind die Wachsmoleküle beweglich. Jetzt können sie durch den Docht in
Richtung Flamme wandern.
Bild 3:
Anschließend wird mit Hilfe der Lupe näher
an die Kerzenflamme herangezoomt.
Text:
Was passiert mit den Wachsmolekülen in
der Flamme?
3 Ergebnisse
104
Bild 4:
Man erkennt nun gut das Wachsmolekül,
das in die Kerzenflamme gelangt. Es wird
mit einem Pfeil gekennzeichnet und be-
schriftet.
Text:
Das Wachsmolekül ist in der Flamme ange-
kommen. Hier stoßen die Wachsmoleküle
mit den Sauerstoffmolekülen aus der Luft zusammen.
Bild 5:
Natürlich wird auch das Sauerstoffmolekül
auf diese Weise vorgestellt.
Text:
Sauerstoffmoleküle bestehen aus zwei Sau-
erstoffatomen und sind im Modell rot darge-
stellt.
Bild 6:
Danach kommt es zur chemischen Reakti-
on. Der Zusammenstoß der Moleküle wird,
ähnlich wie im Comic, durch einen Blitz
symbolisiert. Die Bestandteile des Wachs-
und des Sauerstoffmoleküls trennen sich
und setzten sich dann neu zusammen.
Text:
3 Ergebnisse
105
Durch den Zusammenstoß schließen sich die Atome zu neuen Molekülen zusam-
men.
Bild 7:
Im Anschluss daran werden die Produkte
näher beschrieben. Sie werden ebenfalls mit
Pfeilen gekennzeichnet und beschriftet.
Zuerst wird das Wassermolekül vorgestellt.
Text:
Aus den Wachsmolekülen und
Sauerstoffmolekülen entstehen
Wassermoleküle und Kohlenstoffdioxidmoleküle. Die Wassermoleküle bestehen aus
einem Sauerstoffatom (rot) und zwei Wasserstoffatomen (grün).
Bild 8:
Danach wird die Aufmerksamkeit auf das
Kohlenstoffdioxidmolekül gelenkt.
Text:
Die Kohlenstoffdioxidmoleküle bestehen aus
einem Kohlenstoffatom(lila) und zwei Sau-
erstoffatomen (rot).
Bild 9:
Nun wird der Begriff der chemischen Reak-
tion eingeführt. Dazu wird auch er zur Ver-
tonung passend eingeblendet.
Text:
Aus Wachs und Sauerstoff entstehen so
zwei völlig neue Stoffe: Wasser und Kohlen-
stoffdioxid. So eine Stoffumwandlung nennt
3 Ergebnisse
106
man chemische Reaktion.
Bild 10:
Zuletzt wird noch demonstriert, dass es
passieren kann, dass die Reaktion nicht
vollständig abläuft und Kohlenstoff allein
zurückbleibt.
Text:
Manchmal läuft die chemische Reaktion
nicht vollständig ab. Dann bleibt ein einzel-
nes Kohlenstoffatom übrig.
Bild 11:
Der Nachweis des Rußes an der Porzellan-
schale ist den Kindern aus dem Versuch
bekannt. Hier wird er nun auf Teilchenebene
demonstriert. Die lilafarbenen Kohlenstoff-
atome lagern sich an der weißen Schale an,
während die Wasserstoffatome zusammen
mit den Sauerstoffen Wasser bilden. Es wird
aber auch gezeigt, dass die Reaktion nur
manchmal nicht vollständig abläuft. So entsteht manchmal Ruß und manchmal Koh-
lenstoffdioxid.
Text:
Wenn viele dieser Kohlenstoffatome an einer Oberfläche haften bleiben, kann man
sie als schwarzen Ruß erkennen.
3 Ergebnisse
107
Bild 12:
Dann folgt selbstverständlich wieder die
Überblendung zurück zur Phänomenebene.
Die Kerze ist nun fast völlig abgebrannt. Da
man Wasserdampf und Kohlenstoffdioxid-
gas mit dem bloßen Auge nicht sehen kann,
stehen stellvertretend die Wörter links und
rechts vor der Kerze, um die Verbrennungs-
produkte noch einmal zusammenfassend zu
nennen.
Text:
Die Kerze besteht aus Wachsmolekülen. Bei der chemischen Reaktion werden diese
Wachsmoleküle verbraucht. Dadurch wird die Kerze kleiner. Die neu entstandenen
Stoffe Wasserdampf und Kohlenstoffdioxidgas sieht man normaler Weise nicht.
Bild 13:
Die Kerze erlischt nun. Es entstehen dunkle
Schwaden. Hier wird auch noch einmal der
Ruß erwähnt, der bei der Verbrennung ent-
standen ist.
Text:
Nur wenn die Reaktion nicht vollständig ab-
läuft, erkennt man, dass auch Ruß entsteht.
3 Ergebnisse
108
3.3 Konzeption von Unterrichtsentwürfen
Nachdem die verbesserten Modellfilme vorgestellt wurden sollen nun im Folgenden
Vorschläge gemacht werden, wie diese in den Unterricht eingebettet werden können.
Wie bereits erwähnt, ist es durchaus sinnvoll den Teilchenbegriff schon in der fünften
Klasse einzuführen. Die Unterrichtseinheiten zu Aggregatzuständen des Wassers
und zum Lösen sollen deshalb im „Natur und Technik“-Unterricht Verwendung finden.
Der wesentlich kompliziertere Vorgang des Verbrennens als Umgruppierung von
Teilchen passt dagegen erst in den Chemieunterricht der achten Klasse.
3.3.1 Unterrichtseinheit zum Thema Aggregatzustände des Wassers
Die Aggregatzustände gehören in den Lehrplanbereich „Stoffe und Materialien -
Stoffeigenschaften“, sowie in den Bereich „Wasser - Aggregatzustände“ und werden
sehr früh im Schuljahr durchgenommen.
Für den Themenbereich werden zwei Doppelstunden veranschlagt, die dem überge-
ordnetem Lernziel: „Wasser besteht aus kleinen Teilchen“ zuarbeiten. Die Teillernzie-
le werden jeweils bei den einzelnen Stunden genannt.
1.Doppelstunde
Der Musikclip wird auch hier zur Motivation eingesetzt. Das Experiment wird, im Ge-
gensatz zur Vorgehensweise während der Studie, von den Schülern selbst durchge-
führt und erweitert. Eis wird geschmolzen und das Wasser bis zum Sieden erhitzt.
Außerdem wird, um die Stoffeigenschaften,
Schmelz- und Siedepunkt festzustellen,
während des Vorgangs jede Minute die
Temperatur gemessen. Anschließend werden in
Form eines Unterrichtsgesprächs Vermutungen
geäußert, wie diese Aggregatzustände
zustande kommen könnten. Hier unterscheidet
sich der Unterricht wieder von den Unterrichteinheiten der Untersuchung, wo diese
Phase nicht möglich war. Da der Teilchenbegriff oftmals schon in der Grundschule
angesprochen wurde, sind bestimmt ein paar Schüler dabei, die konkrete Vorschläge
bringen. Die detaillierte Erklärung liefert dann der Modellfilm, dabei eignet sich für die
fünfte Klasse am besten der Comicfilm. Dieser von Jacqueline Weinheimer um den
3 Ergebnisse
109
Gaszustand erweiterte Film löst das Problem auf anschauliche Weise. Die Ergebnis-
se werden zum Ende der Unterrichtsstunde in Form eines Arbeitsblattes gesichert.
Um den Schülern den Modellcharakter zu verdeutlichen, sollen die Teilchen in die-
sem Arbeitsblatt nicht als Comicfiguren, sondern zum Beispiel als Kugeln gezeichnet
werden. Auch ist es wichtig, die Wasserteilchen nicht blau zu zeichnen, damit die
Schüler nicht auf die Idee kommen,
Stoffeigenschaften auf die Teilchen zu
übertragen. Als Hausaufgabe sollen sich die
Schüler schließlich mit dem Zeichnen einer
Siedekurve beschäftigen, indem sie die
Temperaturen, die sie abgelesen haben, in
ein Koordinatensystem eintragen.
Der Unterricht soll zu folgenden Zielen hinführen: Die Schüler sollen:
• das Alltagsphänomen „Schmelzen von Eis“ chemisch erklären können.
• verstehen, was bei einer Aggregatzustandsänderung vor sich geht und dass
sie von der Temperatur abhängt.
• in der Lage sein, eine Heizplatte bzw. einen Bunsenbrenner zu bedienen und
ein Thermometer abzulesen.
• die Schmelz- und Siedetemperatur von Wasser kennen.
Phase Inhalte Verfahren Mittel Sozialformen
1.Hinführung
- Motivation
- Problemstellung
2. Vermutungen
3. Problemlösung
4. Sicherung
Alltagsphänomene zum
Thema Schmelzen
Schmelzen von Eis, Ver-
dampfen von Wasser,
Temperatur messen
Teilchenkonzept aus der
Grundschule
Aggregatzustände d. Was-
sers auf Teilchenebene
Wasser aus Teilchen
Musikclip
Schülerexperiment
1
Unterrichtsge-
spräch
Modellfilm
Ausfüllen des AB 1
PC +
Beamer
Laborgeräte
PC + Beamer
Overhead-
Schüler sitzen an Ex-
perimentiertischen
Gruppen, von 2-3
Schülern
Frontalunterricht
Schüler sitzen an Ex-
perimentiertischen
Frontalunterricht
3 Ergebnisse
110
5. Vertiefung
Siede- und Schmelztempe-
ratur
Erstellen einer Siedekurve
im Unterrichtsge-
spräch
Hausaufgabe
projektor
Heft
Einzelarbeit
Tab. 3. 3-1: Unterrichtsentwurf zum Thema Aggregatz ustände
3 Ergebnisse
112
2. Doppelstunde
Der Einstieg in die nächste Doppelstunde dieser Unterrichtseinheit erfolgt durch das
Besprechen der Hausaufgabe, also der Siedekurve von Wasser. Anschließend wird
ein weiteres Experiment durchgeführt, das die
Volumenzunahme beim Erhitzen von Wasser
verdeutlichen soll, das ebenfalls als Schülerex-
periment durchgeführt wird. Hier sollen die Kin-
der Eis bis zum Verdampfen erhitzen und dabei
einen Luftballon auf dem Reagenzglas
beobachten. Im folgenden Unterrichtsgespräch
sollen mit Hilfe des Gelernten aus der vorherigen Stunde Vermutungen aufgestellt
werden, warum der Luftballon größer wird, wenn Wasser verdampft. Die Erklärung
soll durch ein Modellexperiment gegeben werden, in dem
kleine Kugeln die Teilchen symbolisieren. Hier wird
gezeigt, dass durch die größere Teilchenbewegung die
Kugeln im gasförmigen Zustand mehr Platz brauchen. Die
Kugeln liegen zunächst auf einem Uhrglas und werden
leicht geschüttelt, sodass der feste und der gasförmige
Zustand symbolisiert werde können. Dann werden die Kugeln in eine größere Schale
gegeben und kräftiger geschüttelt. Jetzt verteilen sie sich und brauchen mehr Platz,
wie die Teilchen im gasförmigen Zustand. Dies wird durch ein Rollenspiel vertieft, in
dem jeweils neun Schüler eine Gruppe bilden und die verschiedenen Aggregatzu-
stände als Teilchen nachspielen. Bei allen Erklärungsansätzen muss betont werden,
dass die Teilchen ihre Größe nicht ändern, sondern sich nur schneller bewegen und
sich weiter voneinander entfernen. In Form eines Arbeitsblattes sollen die Ergebnisse
festgehalten werden, bevor das Thema noch ausgeweitet wird. Die gelernten Begriffe
zu Aggregatzustandsänderungen werden durch den Sublimationsbegriff erweitert,
anhand von Alltagsphänomenen erklärt und ebenfalls auf dem Arbeitsblatt notiert.
Als Hausaufgabe sollen die Kinder ein Kreuzworträtsel zum Thema lösen.
Nach dieser Stunde sollen die Schüler:
• sich erklären können, wie sich die Wasserteilchen im gasförmigen Zustand
verhalten.
• die Begriffe Schmelzen, Sieden, Erstarren und Kondensieren richtig benutzen
können.
3 Ergebnisse
113
• Sublimation und Resublimation an Beispielen des Alltag erklären können.
Phase Inhalte Verfahren Mittel Sozialformen
1.Hinführung
- Motivation
- Problemstel-
lung
2. Vermutun-
gen
3. Problemlö-
sung
4. Sicherung
5. Vertiefung
Besprechen den Siede-
kurve
Luftballon wird größer,
wenn Wasser verdampft
Gelerntes aus der letz-
ten Stunde
Volumenausbreitung in
der Gasphase
Aggregatzustände,
Fachbegriffe
Begriffe Sublimieren und
resublimieren
alles
Unterrichtsgespräch
Schülerexperiment 2
Unterrichtsgespräch
Rollenspiel
Modellexperiment
AB 2
Unterrichtsgespräch
Hausaufgabe
Overheadprojek-
tor
Laborgeräte
Kreide, Kugeln,
Schalen
Overheadprojek-
tor
Tafel
Rätsel
Schüler sitzen an
Experimentiertischen
Gruppen, von 2-3
Schülern
Frontalunterricht
Gruppen mit 9 Schü-
lern
Frontalunterricht
Frontalunterricht
Einzelarbeit
Tab. 3.3-2: Unterrichtsentwurf zum Thema Volumenzun ahme in der Gasphase
3 Ergebnisse
118
3.3.2 Unterrichtsentwürfe zum Thema Lösen
Das Thema Lösen folgt im Lernplan fast unmittelbar auf das vorher beschriebene
und zwar im Bereich „Wasser – Löseverhalten“. Auch für diese Unterrichtseinheit
veranschlage ich zwei Doppelstunden, nach welchen die Schüler verstanden haben
sollten, dass alle Stoffe aus Teilchen bestehen und Wasser ein Lösemittel ist.
1. Doppelstunde
Das Thema Lösen wird mit Zucker, und nicht wie in der Studie mit Salz erklärt.
Die erste Stunde wird mit dem mikroskopieren
von Zuckerkristallen begonnen. Das
Mikroskopieren wirkt auf Schüler motivierend und
soll in diesem Fall zeigen, dass auch ein kleines
Zuckerkörnchen und sogar im Mörser zerriebener
Zucker noch aus Kristallen besteht. Anschließend
sollen Zuckerkristalle in Wasser gelöst werden.
Dabei werden Kandiszucker und normaler,
weißer Zucker verwendet. Bei Kandiszucker ist an der braunen Farbe sehr schön zu
sehen wie sich der Zuckerkristall löst, außerdem ist die Lösung braun. Beim weißen
Zucker ist die Lösung nicht von Wasser zu unterscheiden. Anschließend sollen von
beiden Zuckern gesättigte Lösungen hergestellt werden. Was mit den Zuckerteilchen
genau passiert, wird zuerst von den Schülern vermutet und dann anhand des Mo-
dellsfilms erklärt. Auch hier wird der Comicfilm,
in welchem Salz durch Zucker ersetzt wurde,
verwendet. Des Weiteren wurde der Film um
die Erklärung einer gesättigten Lösung erwei-
tert. Die Fixierung erfolgt durch ein Arbeitsblatt,
in welchem wieder eine andere Modellart zum
Zeichnen verwendet werden kann. Zur
Vertiefung kann noch ein weiterer Nachweis, dass gelöste Teilchen nicht verschwin-
den, angeführt werden. Zwei Zuckerlösungen werden bis zur nächsten Woche steh-
engelassen. Dabei ist darauf zu achten, dass es nur einige Milliliter sind, die ver-
dampfen sollen. Zu Beginn der nächsten Stunde ist dann zu sehen, dass das Wasser
verdampft ist und sich wieder Zuckerkristalle gebildet haben.
3 Ergebnisse
119
Folgende Lernziele werden angestrebt. Die Schüler sollen:
• das Alltagsphänomen „Lösen von Zucker“ chemisch erklären können
• wissen, dass alle Stoffe aus Teilchen bestehen.
• Wasser als ein Lösemittel erkennen.
• verstehen, dass gelöste Stoffe nicht verschwinden.
Phase Inhalte Verfahren Mittel Sozialformen
1. Hinführung
- Motivation
- Problemstel-
lung
2. Vermutungen
3. Problemlö-
sung
4. Sicherung
5. Vertiefung
Zucker als Kristalle
Lösen von Zucker,
Herstellen einer ge-
sättigten Lösung
Wissen aus der
Lerneinheit
„Schmelzen“
Zucker besteht aus
Teilchen, Lösepro-
zess
Zucker und Wasser
auf Teilchenebene,
Zuckerwasser
Zuckerwasser bleibt
stehen
Mikroskopieren
Schülerexperiment 3
Unterrichtsgespräch
Modellfilm
Ausfüllen des AB 3
im Unterrichtsge-
spräch
Versuch
Mikroskop
Laborgeräte
PC + Bea-
mer
Overhead-
projektor
Zuckerlö-
sungen
Gruppen, von 2-3
Schülern
Gruppen, von 2-3
Schülern
Frontalunterricht
Schüler sitzen an
Experimentierti-
schen
Frontalunterricht
Frontalunterricht
Tab. 3.3-3: Unterrichtsentwurf zum Thema Lösen von Zucker
3 Ergebnisse
122
2. Doppelstunde
Als Einstieg in diese Stunde eignet sich der Musikclip der Untersuchung. Wenn das
Bereitstellen der Medien zu viel Aufwand bedeutet, reicht es aus, den Unterricht mit
der Betrachtung der Bechergläser zu beginnen, in denen sich vor einer Woche noch
die Zuckerlösungen befanden. Nun sind wieder Kristalle zu sehen. Dieses Phäno-
men wird mit dem Wissen der letzten Stunde
kurz erklärt. Als neue Problemstellung erfolgt
ein Schülerexperiment, bei dem beobachtet wird,
dass Kandiszucker alleine nicht durch die Filter-
poren passt, mit Wasser jedoch schon. An der
Braunfärbung des Filtrats ist zu erkennen, dass
die Teilchen immer noch vorhanden sind.
Warum das so ist, kann vielleicht schon mit dem Wissen aus der vorherigen Stunde
erklärt werden, veranschaulicht wird es aber durch einen
Modellversuch mit Legosteinen. Hier wird ein Kristall aus
einer Art von Legosteinen (gelb) gebaut, eine andere Art (rot),
die Wasserteilchen „lösen“ die einzelnen Teilchen aus dem
Kristall. Man setzt also einen roten Legostein auf den Kristall
und bricht damit einen gelben Stein heraus. Dies geschieht
solange bis irgendwann alle kleinen Teilchen durch die Poren
passen. Dabei muss explizit darauf hingewiesen werden, dass die Teilchen ihre Grö-
ße, Form und Farbe nicht ändern. Es empfehlenswert eine andere Farbe zu verwen-
den, als im Modellfilm, um den Schülern erneut
den Modellcharakter der Legosteine, sowie der
Comicfiguren deutlich zu machen. Zuletzt werden
die Ergebnisse fixiert. Als Hausaufgabe sollen sich
die Schüler schließlich mit Legosteinen oder ande-
ren Modellen beschäftigen und das Gelernte
nachbauen.
Die Teillernziele dieser Stunde weichen wenig von denen der vorherigen ab. Zusätz-
lich sollen die Schüler
• das Filtrieren beherrschen.
• erkennen, dass die Teilchen beim Lösen ihre Form und Größe nicht ändern.
3 Ergebnisse
123
Phase Inhalte Verfahren Mittel Sozialformen
1. Hinführung
- Motivation
- Problemstel-
lung
2. Vermutungen
3. Problemlö-
sung
4. Sicherung
5. Vertiefung
Alltagsphänomene
zum Thema Lösen
Zucker geht nur mit
Wasser durch Filter
Wissen aus der vorhe-
rigen Stunde
Großer Kristall wird in
kleine Teilchen gelöst
Zucker und Wasser
auf Teilchenebene,
Zuckerwasser
Modell nachbauen
Musikclip
Schülerexperiment 4
Unterrichtsgespräch
Modellexperiment
Ausfüllen d. AB 4 im
Unterrichtsgespräch
Hausaufgabe
PC + Beamer
Laborgeräte
Legosteine
Overheadpro-
jektor
Legosteine
Schüler sitzen an Experi-
mentiertischen
Gruppen, von 2-3 Schülern
Frontalunterricht
Gruppen von 4-6 Schülern
Frontalunterricht
Einzelarbeit
Tab.3.3-4: Unterrichtsentwurf zum Thema Filtrieren
3 Ergebnisse
126
3.3.3 Unterrichtsentwürfe zum Thema Verbrennung
Im Lehrplan der achten Klasse (Lehrplan G8, 8. Jahrgangstufe, ISB, 2007) passen
die Inhalte des Modellfilms zur Verbrennung zu den Unterrichtsinhalten:
• chemische Verbindung, chemisches Element • Atome, Moleküle und Ionen als Bausteine der Reinstoffe • chemische Reaktion als Umgruppierung von Teilchen
Das Thema „Chemische Reaktion“ ist ein sehr komplexes und mit Sicherheit nicht in
zwei Stunden zu bewältigen. Hier sollen aber eine Theoriestunde und die darauf fol-
gende Praktikumsstunde, in der der Modellfilm zum Verbrennen einer Kerze gezeigt
wird, vorgeschlagen werden. Diese Unterrichtseinheit soll zu dem Ziel führen, die
chemische Reaktion als eine Umgruppierung von Teilchen zu verstehen.
1. Theoriestunde
Als Einstieg in die Thematik sollen schon bekannte Chemikalien (z.B. die Bestandtei-
le der Luft) genannt und an der Tafel fixiert werden. Danach sollen sich die Schüler
Gedanken darüber machen, woher die Stoffe
ihren Namen haben. Dabei kann den Schülern
Wissen, welches sie beispielsweise aus dem
Fernsehen erworben haben, helfen.
Zur Problemlösung bekommen die Lernenden
Molekülbaukästen jeglicher Art sowie Legosteine
oder ähnliches in die Hand und können sich
selbst Moleküle bauen. Hier ist darauf zu achten, dass die Baukästen nicht zu detail-
liert sind, da die Schüler mit Doppelbindungen noch nichts anfangen können. Es
können auch Moleküle aus Celluslosekugeln selbst zusammengeklebt und dann mit
nach hause genommen werden. Nachdem die Schüler einige Zeit selbst bauen durf-
ten, wird im Unterrichtsgespräch der Atom- und Molekülbegriff definiert. Des Weite-
ren wird damit begonnen, die Nomenklatur zu besprechen. Die Vorsilbe „di“ für „zwei“
und „oxid“ für eine Verbindung mit Sauerstoff soll hier erklärt und alles anschließend
fixiert werden. Als Vertiefung des Gelernten kann hier eine Recherche (am besten via
Internet) als Hausaufgabe gegeben werden. Die Schüler sollen in Erfahrung bringen,
in welchen Bereichen überall chemische Fachsprache benutzt wird.
3 Ergebnisse
127
Nach dieser Stunde sollen die Schüler:
• den Atom- und Molekülbegriff kennen und ihn auch anwenden können.
• sich darüber im Klaren sein, dass Kugeln und Legosteine nur eine Modellvor-
stellung sind.
• den Unterschied zwischen Modellvorstellung und Wirklichkeit kennen.
• wissen, wo man chemischen Fachsprache anwenden kann
Phase Inhalte Verfahren Mittel Sozialformen
1.Hinführung
- Motivation
- Problemstel-
lung
2. Vermutun-
gen
3. Problemlö-
sung
4. Sicherung
5. Vertiefung
Wiederholung bereits
gelernter Chemikalien
Woher kommt der Na-
me von Stoffen?
Was wissen Schüler
aus Fernsehen…
Molekül- und Atombeg-
riff
Einfache Nomenklatur
Molekül- und Atomberg-
riff
Einfache Nomenklatur
chemische Fachspra-
che
Brainstorming
Unterrichtsgespräch
Unterrichtsgespräch
Arbeiten mit greifba-
ren Modellen
Hefteintrag 1
Hausaufgabe
Tafel
Legosteine,
Molekülbau-
kasten
Tafel
Internet
Partnerarbeit
Frontalunterricht
Frontalunterricht
Partnerarbeit
Frontalunterricht
Einzelarbeit
Tab. 3.3-5: Unterrichtsentwurf zum Thema Atome und Moleküle
3 Ergebnisse
129
2. Doppelstunde
Als motivierender Einstieg in die Praktikumsstunde soll, wie schon in den bereits vor-
gestellten Unterrichtsstunden, der bewerte Musikclip dienen. In einem Schülerexpe-
riment wird eine Kerze verbrannt und die Produkte, Wasser, Kohlenstoffdioxid und
Ruß werden nachgewiesen. Der
Kohlenstoffdioxidnachweis erfolgt mit Hilfe von
Kalkwasser. Diese Reaktion können sich die
Schüler zwar noch nicht erklären, meiner
Meinung nach kann
ihnen aber einfach
gesagt werden,
dass, Kohlenstoffdioxid entstanden ist wenn sich das
Wasser trübt. Nach dem Versuch werden Vermutungen
geäußert, wie aus Wachs die neuen Stoffe entstanden
sind. Dabei müssen die Schüler auf schon früher
Gelerntes zurückgreifen, zum Beispiel, dass Sauerstoff
ein Ausgangsprodukt der Verbrennung ist. Die detaillierte Erklärung erfolgt dann
wieder in Form des Modellfilms. Da die Namen der Moleküle und Atome schon in der
vorherigen Stunde eingeführt wurden, sollte es hier nicht mehr zu Verwechslungen
der Namen kommen. Des Weiteren sind nicht alle
Informationen des Films neu, weshalb der Vorgang
der chemischen Reaktion von den Schülern besser
verstanden werden sollte als bei der Untersuchung.
Für ältere Schüler und kompliziertere Vorgänge wur-
de hier das Kugelmodell gewählt. Der Film erklärt die
chemische Reaktion als eine Umgruppierung von
Teilchen, wie sie auch im Hefteintrag definiert werden
kann. Des Weiteren werden die Begriffe Edukt und Produkt und die Informationen
aus dem Film fixiert. Als Ausweitung können weitere Vorgänge besprochen werden,
wobei die Schüler entscheiden sollen, ob es sich um eine chemische Reaktion oder
einem physikalischen Vorgang handelt.
3 Ergebnisse
130
Nach dieser Stunde sollen die Schüler:
• die chemische Reaktion als Umgruppierung von Teilchen verstehen.
• den Unterschied zwischen einer chemischen Reaktion und einem physikali-
schen Vorgang kennen.
• die Edukte und Produkt der Verbrennung einer Kerze nennen können.
• erklären können, warum eine Kerze rußt
Phase Inhalte Verfahren Mittel Sozialformen
1.Hinführung
- Motivation
- Problemstel-
lung
2. Vermutun-
gen
3. Problemlö-
sung
4. Sicherung
5. Vertiefung
Bilder zum Thema
Verbrennen
Verbrenne einer Kerze,
Edukte und Produkte
Gelerntes aus den letz-
ten Stunden, aus NuT
Umgruppierung von
Teilchen,
chemische Reaktion
Umgruppierung von
Teilchen, chemische
Reaktion
Physikalischer versus
chemischer Vorgang
Musikclip
Schülerexperiment
Unterrichtsgespräch
Modellfilm
Hefteintrag 2
Unterrichtsgespräch
PC+ Beamer
Laborgeräte
PC+ Beamer
Tafel
Tafel
Frontalunterricht
Gruppen, von 2-3
Schülern
Frontalunterricht
Schüler sitzen an
Experimentierti-
schen
Frontalunterricht
Frontalunterricht
Tab. 3.3-6: Unterrichtsentwurf zum Thema chemische Reaktion
4 Diskussion
133
4 Diskussion
Analog zum Ergebnisteil ist auch die Diskussion aufgebaut. Zuerst sollen die Ergeb-
nisse der Hauptuntersuchung besprochen werden, bevor auf die Optimierung der
Modellfilme eingegangen werden soll und die konzipierten Unterrichtseinheiten disku-
tiert werden. Abgerundet wird dieser Abschnitt durch einen Ausblick.
4.1 Diskussion der Ergebnisse der Hauptuntersuchung
4.1.1 Beantwortung der Forschungsfragen
• Welche Art von Modell vertieft die Veranschaulichung?
Wie bereits nach der Voruntersuchung abzusehen war, führt keines der drei Modelle
zu einem besseren Verständnis als ein anderes. Damit bestätigen sich die Befürch-
tungen nicht, das Comicmodell würde zu Fehlvorstellungen führen oder vom Wesent-
lichen ablenken und damit hinderlich für das Lernen sei. Auch die Vermutung, das
Kugelmodell könnte nicht kindgerecht sein und deshalb schlechteres Verständnis
hervorrufen, war nicht berechtigt (vgl. Kap. 2.3).
Da sich jedoch bei manchen Fragen Unterschiede zwischen den einzelnen Modell-
gruppen ergeben haben, sollen diese im Folgenden kurz diskutiert werden. Mit Hilfe
von Legosteinen, ist es schwierig weiche Butter darzustellen. Mit Comicfiguren oder
Kugeln ist es dagegen einfacher, einen Zustand zwischen der festen und flüssigen
Phase zu zeichnen. Hierbei ist es nötig, die Regelmäßigkeit eines Kristalls zu durch-
brechen und Lücken zwischen den Teilchen zu lassen. Dies lässt sich mit Legostei-
nen nicht so leicht verwirklichen, da sie fest aufeinander gesteckt werden und somit
automatisch eine kompakte Form ergeben. Diese Tatsache erklärt aber das gute Ab-
schneiden der „Lego-Kinder“ beim Zeichnen eines Kochsalzkristalls. Die Darstellung
mit Legosteinen ist immer regelmäßig, weshalb diese Kinder diese Aufgabe intuitiv
richtig bearbeitet haben. Zeichnet man Kugeln, kann es leichter passieren, dass in-
nerhalb des Kristalls Löcher entstehen. Was so viele Kinder dieser Gruppe dazu be-
4 Diskussion
134
wogen hat, einen phänomenologischen Salzkristall zu zeichnen, lässt sich aus unse-
ren Ergebnissen leider nicht erklären.
Bei Frage 3 des letzten Tests schneidet erneut die
Legogruppe am schlechtesten ab, was an den be-
grenzten Darstellungsmöglichkeiten der Legosteine
liegen könnte. Wie die einzelnen Moleküle aufge-
baut sind, ist anhand von Kugeln oder Comicfiguren
wesentlich leichter zu erkennen, als mit Legostei-
nen, da diese scheinbar nahtlos ineinander überge-
hen und man nicht erkennen kann, wo ein neues
Atom beginnt.
• In welchem Umfang wenden die Schüler Modelle als Erklärungshilfen an?
Wenn die Schüler nicht explizit danach gefragt werden, wenden sie Modelle nicht als
Erklärungshilfen an. Die Projektdauer ist wohl zu kurz, als dass die Lernenden das
Teilchenkonzept in ihre Lebenswelt aufnehmen können. Nach Aufforderung dazu,
erklären aber 80% der Kinder bei T4 ein Phänomen mit Hilfe von Modellen. Teilchen
sind ihnen also nicht mehr fremd, sie haben sie aber noch nicht so weit verinnerlicht,
um sie von sich aus zu benutzen.
• Welche modellhaften Darstellungen bevorzugen die jungen Forscher?
Bei Test 4 verwenden 70% der Kinder, die mit Teilchen argumentieren, das Kugel-
modell. Diese Präferenz hat sich in den anderen Tests bereits angedeutet.
Bereits bei T1 gibt es Schüler, die Kugeln zeich-
nen, obwohl sie ein anderes Modell gesehen
haben. Dafür gibt es zwei mögliche Gründe: Ei-
nerseits haben einige der Kinder bereits in der
Grundschule ein einfaches Teilchenmodell mit
Kugeln gesehen, andererseits ist aber auch
durchaus vorstellbar, dass gerade diejenigen
Kinder, die Comics gesehen haben, ihr Modell
selbst abstrahierten. Es treten mehrmals Darstel-
Abb. 4.1 -1: Darstellungsschwi e-
rigkeiten beim Legomodell
Abb. 4.1 -2: Abstraktion vom Comic - zum
Kugelmodell
4 Diskussion
135
lungen auf, bei denen zunächst kugelrunde Gesichter mit Augen und Mund zu sehen
sind, die aber im weiteren Verlauf des Tests ihre Gesichtszüge verlieren und nur
noch als Kreise gezeichnet werden.
Im zweiten Test verwenden die meisten Kinder das Modell, das sie in dieser Lernein-
heit gesehen haben, außer es sind ihnen in der Vorwoche Kugeln gezeigt worden,
dann nämlich benutzen fast die Hälfte der Schüler diese. Sie haben sich wohl da-
durch bewährt, dass sie schnell und einfach zu zeichnen sind.
Bei T3 zeichnet der Großteil der Lernenden das, was er gesehen hat, was durchaus
an der erhöhten Schwierigkeit dieser Lerneinheit liegen mag. Bei komplexen Themen
tendieren die Lernenden vielleicht eher dazu, sich genau an das Gesehene erinnern
zu wollen, um keine Fehler zu machen. Es wäre denkbar, dass sie sich ein eigenes
Abstrahieren dann nicht mehr zutrauen. Falls sie doch eigene Wege gehen, zeichnen
sie erneut das Kugelnmodell.
Ein ganz anderes Bild ergibt sich allerdings, wenn man die Schüler nach ihren Präfe-
renzen befragt. Am besten gefällt ihnen das Comicmodell. Wie auch schon bei Pütt-
schneider und Lück (2004) zu lesen ist, werden animistische Vermittlungen nahezu
vollständig positiv bewertet.
Auf die Frage nach dem Verständnis antworten die Schüler, dass sie den Lerninhalt
mit dem Comic- und dem Kugelmodell gleichermaßen gut verstanden haben.
Sollen sie aber einem anderen Mitschüler etwas erklären, verteilen sich die Präferen-
zen gleichmäßig auf die drei Modelle. Dabei zeigt sich, dass die Kinder diese Frage
mit sehr viel Einfühlungsvermögen beantworten. Egal für welches Modell sie sich
entscheiden, in der Begründung gehen sie auf den Mitschüler ein. Ein völlig neuer
Gesichtspunkt ist hierbei, dass viele Schüler ein Modell zum Anfassen bevorzugen.
4.1.2 Veränderung der Leistungen der Schüler im Ver lauf der Untersuchung
Insgesamt nehmen die Leistungen der Schüler von T1 zu T2 sehr stark ab, bei T3
verbleiben sie auf dem Niveau des zweiten Tests.
Der Test zur Lerneinheit 1 fiel sehr gut aus, da dieses Thema schon in der Grund-
schule besprochen wurde. Wie der Vorwissenstest ergibt, haben einige Schüler be-
reits genaue Vorstellungen von den Aggregatszuständen, was sich auch mit ihren
eigenen Angaben deckt (vgl. Kap. 3.1.11).
4 Diskussion
136
Zur zweiten Unterrichtssequenz geben die Kinder dagegen an, dass diese im Ver-
gleich zur ersten schwieriger war. Auch hier stimmt das subjektive Empfinden mit
unseren Ergebnissen überein.
Aus unserer Sicht ist das Thema Verbrennung schwieriger als die beiden anderen,
was an den Daten erst einmal nicht zu sehen ist. Die erste Frage des Tests ist eine
sehr leichte Multiple-Choice-Frage und auch die letzte Frage ist einfacher als die Ver-
gleichsfrage aus T2. An dieser Stelle sollte ja wie bereits erwähnt eine Transferfrage
stehen, was bei Test 3 nicht gelungen ist. Außerdem werden hier sehr oft Fragen gar
nicht beantwortet, was darauf hindeutet, dass die Schüler den Stoff nicht verstanden
haben. Auch die Tatsache, dass die Ziele nicht erreicht worden sind, bestätigt unsere
Vermutung, die Lerneinheit sei zu anspruchsvoll (vgl. Kap. 3.1.12).
Für das Abscheiden in den einzelnen Tests spielt es auch keine Rolle, in welcher
Reihenfolge die Kinder die Modelle zu sehen bekommen. Deshalb war es auch mög-
lich, die fünf besten und die fünf schlechtesten Schüler aus dem Vorwissenstest mit-
einander zu vergleichen. Laut Lewalter (1997) sollen durch Animationen Vorwissens-
unterschiede etwas ausgeglichen werden. Wie zu sehen war, wurden die Kinder mit
einem niedrigen Ausgangsniveau teilweise gefördert, die mit einem hohem Niveau
blieben aber überdurchschnittlich. Ein Angleichen hat also nicht stattgefunden. Es
lässt sich dennoch als Erfolg verbuchen, dass zumindest drei der fünf schlechteren
Schüler beim Abschlusstest überdurchschnittliche Werte erzielten. Animationen soll-
ten deshalb unbedingt ihren Platz im Unterricht bekommen.
Ihr Vorwissen über das Teilchenmodell hat den fünf besten Schülern aus T0 sehr
geholfen, die Unterrichtseinheiten des Projekts zu verstehen und die schlechteren
Schüler erzielen dann tendenziell bessere Leistungen, wenn sie genügend Zeit ha-
ben, um das Konzept zu verinnerlichen. Für einen Fachunterricht ab der achten Klas-
se bedeutet das, dass es durchaus sehr hilfreich sein kann, wenn die Kinder bereits
eine Modellvorstellung mitbringen, auf der sich aufbauen lässt.
4.1.3 Persönliche Meinung der Schüler zum Projekt
Erfreulicherweise wird das Projekt sehr gut bewertet. 83% der Schüler geben an,
„DeMo“ sei interessanter als normaler „Natur und Technik“-Unterricht. Ein Grund da-
für könnte das große Interesse am Lernen mit Computern sein, welches bei Kindern
und Jugendlichen sehr ausgeprägt ist (Kandler, 2004).
4 Diskussion
137
Betrachtet man die Bewertungen der einzelnen Teile der Unterrichtseinheiten, erge-
ben sich deutliche Unterschiede. Am besten gefällt den Kindern der Modellfilm. Das
ist sehr erfreulich, da dieser Teil der Lerneinheit unseres Erachtens der wichtigste ist,
weil in ihm die Hauptinformation steckt. Da die Form der Problemlösung insgesamt
mit „sehr gut“ bewertet wurde, kann davon ausgegangen werden, dass die chemi-
schen Phänomene kindgerecht aufgearbeitet wurden. Dies ist eigentlich auch nicht
sehr verwunderlich, da Animationen zur Motivation bei Schülern beitragen (Niege-
mann et al., 2004). Ebenfalls motivierend wirken der Einsatz von Musik (Niegemann
et al., 2004) und das Herstellen von Alltagsbezügen (Pfeifer, 2002), was Gründe für
das gute Abschneiden des Musikclips sein könnten. Auch der Laborfilm kommt gut
bei den Fünftklässlern an.
Nicht sehr großer Beliebtheit erfreuen sich dagegen die Zusatzaufgaben, wofür es
mehrere mögliche Gründe gibt: Zum einen muss sehr viel Text gelesen werden, zum
anderen sind manche Fragen nicht eindeutig gestellt oder beinhalten sogar Fehler.
Des Weiteren ist in Gesprächen mit den Kindern deutlich geworden, dass oft der
Sinn der Übungen nicht erkannt wird, weil sie inhaltlich nicht an das Thema der Un-
terrichtsseiten anknüpfen. Dass das ein negatives Merkmal für eine solche Lernsoft-
ware ist, belegt auch eine Studie von Kandler (2002). Diese kommt auch zu dem Er-
gebnis, Informationen über die erzielten Leistungen seien wichtig. Ein solches Feed-
back wird leider ebenfalls nicht gegeben. Dies könnte auch ein Grund dafür sein,
dass die schriftlichen Tests am schlechtesten bewertet werden. Die Probanden be-
kamen die Arbeiten nicht zurück und erfuhren nie, was die richtigen Lösungen gewe-
sen wären. In Schüler- und Lehrergesprächen haben wir erfahren, dass sich viele
Kinder auch unter Druck gesetzt fühlten, obwohl es zu keiner Benotung kam. Viel-
leicht schneiden die Lernstandserhebungen deshalb so schlecht ab.
Für einen Einsatz im Unterricht müssten also nach Meinung der Schüler nur die Zu-
satzaufgaben verbessert werden. Da es bei einer Verwendung in der Schule ohnehin
nicht dazu käme, dass die Tests nicht zurückgegeben und besprochen werden wür-
den, sind Verbesserungsvorschläge dazu hinfällig.
4.1.4 Lernziele
Das oberste gemeinsame Ziel der drei Unterrichtseinheiten war die Vermittlung des
Teilchenbegriffs. Die Kinder sollten verstehen, dass Stoffe aus kleinen Teilchen auf-
gebaut sind. Das Ergebnis hierzu fällt sehr zufrieden stellend aus, weshalb die Soft-
4 Diskussion
138
ware also durchaus im Unterricht eingesetzt werden kann. Die Tatsache, dass so
viele Kinder das Teilchenkonzept annehmen, spricht dafür, dieses bereits in der fünf-
ten Jahrgangsstufe einzuführen.
Die Schüler haben sowohl den Aufbau von Wasser aus kleinen Teilchen, als auch
den Schmelzvorgang verstanden. Anders sieht es dagegen mit der Gasphase aus.
Dieses Stadium kann nur etwas mehr als ein Viertel der Kinder erklären. Im Film wird
allerdings nur festes und flüssiges Wasser dargestellt. Der Transfer zum gasförmigen
Zustand ist für die Fünftklässler zu schwierig, sie können ihn nicht ohne Hilfe leisten.
Mit der zweiten Unterrichtseinheit haben die Schüler schon wesentlich mehr Proble-
me. Nur die Hälfte der Kinder weiß, dass Salz aus zwei Arten von Teilchen besteht.
Die regelmäßige Anordnung erkennt gerade mal ein Viertel. Des Weiteren wurde die-
ses Wissen von den Lernenden nicht verinnerlicht worden. Bereits drei Wochen spä-
ter, bei Test 4, zeichnen nur noch drei Kinder den Salzaufbau aus zwei verschiede-
nen Teilchen. Da mit dieser Unterrichtseinheit der Lerninhalt nicht vermittelt werden
kann, ist es notwendig, sie zu verbessern. Dafür gibt es zwei Möglichkeiten: Entwe-
der man führt den Ionenbegriff ein, um den Schülern die zwei Teilchenarten deutlich
zu machen. Auch würde sich dann der Sinn einer regelmäßigen Anordnung dieser
durch die Anziehungskräfte erklären. Oder man umgeht dieses Problem, indem man
statt Salz Zucker löst (Barke, 2006), nur aus einer Art von Teilchen, nämlich aus Zu-
ckermolekülen, besteht.
Die große Zahl an Kindern, die die Existenz von Teilchen im gelösten Zustand er-
kennen, ist, wie oben bereits erwähnt, kritisch zu betrachten. Die Vermutung, dass in
Wirklichkeit weniger Kinder dieses Ziel erreichen, wird auch durch die Ergebnisse
von T4 bestätigt (vgl. Kap. 4.1.5).
Die Ergebnisse der letzten Lerneinheit sind nicht zufrieden stellend. Keines der Fein-
ziele wird hier erreicht, was mehrere Ursachen haben könnte: Zum einen ist sie mit
Inhalten überfrachtet. Die Kinder sollen sowohl den Atom- und Molekülbegriff erler-
nen, als auch die chemische Rektion verstehen. Außerdem sind hier wesentlich mehr
verschiedene Teilchen als in allen anderen Filmen zu sehen, die in ihrer jeweiligen
Zusammensetzung gelernt und zugeordnet werden müssen. Sehr verwirrend für die
Schüler ist auch die Tatsache, dass das bereits bekannte Wasserteilchen nun aus
drei Teilchen besteht und nicht mehr aus einem (vgl. Kap. 1.1).
4 Diskussion
139
4.1.5 Fehlvorstellungen
Wie schon in Kapitel 1.2 befürchtet, sind auch bei dieser Untersuchung eine Reihe
von Fehlvorstellungen entwickelt worden. Eine davon ist die „Teilchen-in-Kontinuum-
Vorstellung“. Zwar ist die Zahl derjenigen Schüler, die nicht glauben, dass zwischen
den Teilchen nichts ist, nicht so hoch wie bei Barke (2001), trotzdem zeichnen bis zu
31% Teilchen, die von einer Materie umgeben sind.
In der Literatur wird auch oft erwähnt, dass Stoffeigenschaften auf Atome übertragen
werden. In dieser Studie lassen sich bei der Hälfte der Kinder solche Vorstellungen
feststellen. Bei Brook et al. (1984) entstanden allerdings in einer ähnlichen Untersu-
chung bei nur einem Drittel der Jugendlichen solche Misconceptions. Die Präkonzep-
te der Kinder scheinen hier viel fester verankert und lassen sich nicht einfach durch
wissenschaftliche Erklärungen ablösen. So denken zum Beispiel 23 Kinder, dass die
Salzteilchen verschwinden, wenn sie nicht mehr sichtbar sind. Auch können sie sich
nicht vorstellen, dass die Teilchen im Raum überall verteilt sind. So zeigt sich in einer
Studie von Novick und Nussbaum (1978) eine Tendenz, kleine Wölkchen aus Teil-
chen zu bilden. Auch in unserer Untersuchung ließ sich so etwas feststellen, aller-
dings wurde es in diesem Fall wohl von der Forschungsgruppe mitinduziert. Durch
das Abbilden von Wolken im Test legte man den Kindern nahe, diese mit Teilchen
auszufüllen. Die Optimierung war also nicht erfolgreich. Als erneute Verbesserung
schlagen wir vor, einen leeren Topf zu zeigen.
Eine weitere Änderung, die den Kindern nicht hinreichend helfen konnte, war das
Umfärben des Wasserstoffatoms. Die Tatsache, dass sowohl die Teilchen des Was-
sers als auch die des Wasserstoffs nach der Optimierung immer noch beide blau
sind und ihre Namen sehr ähnlich klingen, hat die Schüler womöglich dazu verleitet,
die beiden weiterhin zu verwechseln.
Ein ähnliches Problem tritt auch bei Kohlenstoff und Kohlenstoffdioxid auf, denn 35%
der Kinder nennen das Kohlenstoffatom Kohlenstoffdioxid. Auch diese Wörter klingen
ähnlich und bei der Flut von Informationen, mit der der Lernende während des Films
zu Recht kommen muss, ist es nicht verwunderlich, dass es zu Verwechslungen
kommt.
Die letzte von uns festgestellte, häufigere Fehlvorstellung ist, dass die Schüler den-
ken das Kugelmodell wäre ein Abbild der Wirklichkeit. Dieses Problem tritt auch in
einer Studie von Mikelkis-Seifert (2003) auf, in der 50% der Kinder Modelle als Teil
der Wirklichkeit ansehen. Bei unserer Untersuchung ist die Zahl der Kinder wesent-
4 Diskussion
140
lich geringer, was aber auch daran liegen mag, dass dies nicht konkret von uns un-
tersucht wurde. Die 17 Probanden, die sicher diesem Irrtum erlegen sind, geben das
als Begründung für die Präferenz des Kugelmodells gegenüber den anderen an. Es
ist davon auszugehen, dass dies noch mehr Kinder denken, was sich allerdings nicht
belegen lässt.
4.1.6 Konsequenzen aus der Hauptuntersuchung
Zunächst lässt sich also festhalten, dass das oberste Lernziel – die Vermittlung des
Teilchenkonzepts – erfüllt worden ist und es somit außer Frage steht, den Teilchen-
begriff in den Unterrichtsstoff der fünfte Klasse aufzunehmen, da der Großteil der
Lernenden in der Lage war, dieses nicht ganz so einfache Konzept zu verstehen und
anzuwenden. Im Gegenteil, Kinder, die bereits aus der Grundschule Modellverständ-
nis mitgebracht haben, schneiden besonders gut ab. Sie haben dieses Wissen in
noch niedrigeren Jahrgangsstufen erworben. Ihr gutes Abschneiden kann als Indiz
dafür gewertet werden, dass es Schülern leichter fällt, die komplexen Lerninhalte des
Fachunterrichts zu verstehen, wenn sie bereits in „Natur und Technik“ chemisches
Vorwissen erworben haben.
Mit welchem der drei Modelle dieses Wissen vermittelt wird, spielt für das Verständ-
nis jedoch keine Rolle. Am beliebtesten bei den Fünftklässlern ist aber das Comic-
modell, weshalb dieses besonders motivierend auf die Schüler wirken kann. Beim
Kugelmodell kann es jedoch sein, dass der Modellcharakter nicht erkannt wird, wes-
halb es für den Einstiegsunterricht nicht so gut geeignet ist. Aus diesen Gründen prä-
ferieren wir in der Unterstufe den Einsatz des Comicmodells.
Da sich bei dieser Untersuchung abgezeichnet hat, dass die Kinder früher oder spä-
ter ohnehin Kugeln zeichnen, ist es sinnvoll dieses Modell im Fachunterricht einzu-
führen. Außerdem bietet es den Vorteil, komplexe Themen ohne unnötige Informati-
onen darstellen zu können.
Die Stärken der Modelle sind in Tabelle 4.6-1 noch einmal zusammengefasst.
Kugel Lego Comic
Motivation X
Verständnis X X X
Transfer X
Tab.4.1-1.: Stärken der Modelle
4 Diskussion
141
Aus den entstandenen Fehlvorstellungen und dem Verfehlen vieler Lernziele lassen
sich auch noch einige inhaltliche Konsequenzen ziehen.
Da der Transfer zur Gasphase von den Schülern bei Test 1 nicht geleistet werden
kann, sollte der Modellfilm zum Schmelzen um diese Sequenz erweitert werden. Au-
ßerdem könnte so dem Problem, dass die Teilchen zu Wolken zusammengefasst
werden, begegnet werden.
Auch sollte, wie bereits erwähnt, bei der zweiten Unterrichtseinheit etwas verändert
werden. Wir würden uns dafür entscheiden, anstatt Salz Zucker zu verwenden. Das
Einführen von Ionen bedürfte einer eigenen Unterrichtsstunde, die mit dem Vorgang
des Lösens nicht in Zusammenhang stünde. Man müsste Ladungen einführen und
den Aufbau eines Salzkristalls erklären, bevor man mit dem eigentlichen Thema be-
ginnen könnte. Des Weiteren bringt das Lösen von Salz keinen Mehrerkenntnisge-
winn, wenn Wasser aus einem Teilchen besteht und kein Dipol ist. Verwendet man
für diesen Versuch Zucker, kann man sich auf die wesentlichen Vorgänge dieses
Phänomens konzentrieren.
Zur letzten Lerneinheit ist keines der Lernziele erreicht worden. Da nicht davon aus-
gegangen werden kann, dass man mit den Möglichkeiten, die der Lehrkraft in der
fünften Jahrgangsstufe zur Verfügung stehen, diese erreichen könnte, wäre es sinn-
voll diesen Unterricht erst in der achten Klasse zu halten. Das Umgruppieren von
Atomen ist für die Unterstufe zu schwierig, da die Schüler mit der Tatsache überfor-
dert sind, dass bekannte Moleküle, die sie als ein Teilchen kennen gelernt haben,
sich in weitere Bestandteile untergliedern lassen (vgl. Kap. 1.1). Auch könnte man
Chemieunterricht die Nomenklatur schon vorher einführen, womit fehlerhafte Benen-
nungen minimiert werden könnten.
4.2 Optimierung der Modellfilme
Um die Filme sinnvoll im Unterricht anwenden zu können, bedurfte es also einiger
Veränderungen. Außerdem war es nötig, sich für eines der Modelle zu entscheiden.
Im Folgenden soll zunächst auf den allgemeinen Aufbau der Filme eingegangen und
anschließend die speziellen Änderungen näher erläutert werden. Dabei handelt es
sich jeweils nur um denjenigen Modelltyp, der nach reiflicher Überlegung die meisten
Vorteile bietet (vgl. 4.1.6).
4 Diskussion
142
4.2.1 Aufbau der Modellfilme
Der grundlegende Aufbau der Flash®-Filme ist erhalten geblieben. So gibt es weiter-
hin zu Beginn eine phänomenologische Darstellung, die später von einer Abbildung
auf Teilchenebene abgelöst wird. In der Schlusssequenz wird diese dann wieder von
der makroskopischen Ebene überblendet. Dieser Aufbau scheint dazu geeignet zu
sein, das Bekannte mit dem Unbekannten zu verknüpfen und damit ein Lernen über-
haupt erst möglich zu machen (vgl. Kap. 1.2).
Um die Aufmerksamkeit der Lernenden auf einzelne Teilchen und wichtige Vorgänge
zu lenken, ist es auch sinnvoll, die Lupeneinstellungen beizubehalten. Sie können
verhindern, dass Schüler durch zu viele Teilchen auf dem Bildschirm abgelenkt wer-
den und die wichtigen Informationen nicht aufnehmen können (Overload).
Damit ein solcher Overload durch Textinformationen vermieden werden kann, wurde
für die Trickfilme erneut jeweils eine Tonspur aufgenommen. Mit Hilfe des Tons kann
auch das Modalitätsprinzip erfüllt werden (vgl. Kap. 1.4). Wie die Lupeneinstellung,
lenkt die Stimme die Aufmerksamkeit der Kinder auf die wichtigen Aspekte. Außer-
dem führt das Ansprechen mehrerer Sinne zu einem besseren Behalten des Lern-
stoffs. Es wird dabei darauf geachtet, dass die Schüler persönlich angesprochen
werden und dass eine einfache Sprache verwendet wird, um dem Personalisierungs-
prinzip genüge zu tun (vgl. Kap. 1.4), wie sich das auch die Befragten in der Untersu-
chung von Kandler (2002) wünschen.
Der Schriftzug in der Ecke rechts oben, der das Thema des Films enthält, blieb eben-
falls bestehen, da er der Orientierung dient und man so den Gegenstand des Videos
nicht aus den Augen verliert. Zudem werden bei den einzelnen Animationsfilmen
Schlüsselwörter eingeblendet (vgl. Kap. 1.4). Dabei handelt es sich um Fachbegriffe,
die durch gleichzeitige Darbietung in geschriebener und gesprochener Form von den
Kindern besser erinnert werden können, wobei es nicht zu Verstößen gegen das Re-
dundanzprinzip kommt.
Die Art, in der die Filme grafisch aufbereitet waren, wurde nicht geändert, da die
Trickfilme bei den Kindern auf viel positive Resonanz gestoßen sind (vgl. Kap. 4.1.3).
Es sind also nur inhaltliche Veränderungen vorgenommen und einige Filme um neue
Sequenzen erweitert worden. Die Einzelheiten sollen im Folgenden besprochen wer-
den.
4 Diskussion
143
4.2.2 Modellfilm zum Thema Aggregatzustände
Nachdem der Film, wie in Kapitel 4.1.6 gefordert, um den Vorgang des Verdampfens
erweitert wurde, war es nötig ihn von „Schmelzen“ in „Aggregatzustände“ umzube-
nennen. Eine weitere einschneidende Veränderung war es, die Farbe der Wasser-
teilchen zu ändern, sie sind nicht länger blau sondern orange. Damit soll verhindert
werden, dass von den Kindern Stoffeigenschaften auf Teilchen übertragen werden.
Da dieser Film im „Natur und Technik“-Unterricht eingesetzt werden soll, wurde nur
die Comicversion, die von uns für den Einsatz in der fünften Klasse bevorzugt wird,
verbessert.
4.2.3 Modellfilm zum Thema Lösen
Auch der Trickfilm zum Lösen ist in den Unterricht der fünften Klasse einzuordnen,
weshalb hier ebenfalls die Comic-Variante als Vorlage verwendet wurde.
Wie bereits in Kapitel 4.1.6 erläutert, wird allerdings nicht mehr Salz, sondern Zucker
gelöst, weshalb Norbert Natrium und Clemens Chlor nun durch Zenzi Zucker ersetzt
wurden. Hiermit wurden zwei männliche Darsteller durch eine weibliche Darstellerin
ausgetauscht, da sich sowohl Mädchen, als auch Jungen dadurch gestört fühlen,
wenn in Lernsoftware nur männliche Hauptfiguren zu finden sind (Kandler, 2002).
Zenzi Zucker ist grün, was vermeiden soll, dass die Kinder Stoff- und Teilcheneigen-
schaften gleichsetzen. Aus dem gleichen Grund ist Walter Wassermann auch in die-
sem Film orange. Die Farbe wurde aber auch deshalb beibehalten und nicht in eine
andere geändert, damit der Wiedererkennungswert des Wasserteilchens erhöht wird.
Auch dieser Animationsfilm wurde um eine Sequenz erweitert. Hier wird den Schü-
lern vermittelt was eine gesättigte Lösung ist und wie eine solche zustande kommt.
Dieser Schlüsselbegriff wird anschließend eingeblendet, um zu verhindern, dass er
von den Lernenden akkustisch falsch verstanden oder nicht behalten wird.
4.2.4 Modellfilm zum Thema Verbrennung
Der letzte der drei Filme hat seine größte Änderung dadurch erfahren, dass sich das
Zielpublikum geändert hat. Er soll nun in der achten Klasse Verwendung finden, wes-
halb zur Verbesserung auch die Darstellung mit Kugeln gewählt wurde (vgl. Kap.
4.1.6). Da es hier im Fachunterricht für den Lehrer möglich ist, Nomenklatur und den
Atombegriff schon früher einzuführen, sind keine großen Veränderungen nötig.
4 Diskussion
144
Das Wasserstoffatom wird jedoch grün und nicht mehr blau dargestellt, um es nicht
mehr mit Wasser in Verbindung zu bringen (vgl. Kap. 4.1.5). Die ähnlichen Namen,
die die beiden Substanzen tragen, sind für die Schüler ohnehin verwirrend genug.
Dass der Zucker im Trickfilm über das Lösen ebenfalls grün ist, sollte kein Problem
darstellen. Zum einen handelt es sich ja um zwei völlig verschiedene Darstellungs-
weisen, da in dem einen Film Comicfiguren verwendet werden und in diesem hier
Kugeln und zum anderen sind seit dieser Erfahrung bereits drei Jahre vergangen.
Außerdem sollten die Schüler im besten Fall den Modellcharakter erkannt haben und
wissen, dass die Farbe der Teilchen irrelevant ist. Das Kohlenstoffatom ist jetzt lila
gefärbt, da die schwarze Farbe die Kinder dennoch dazu verleiten könnte, Stoffei-
genschaften auf Teilchen zu übertragen. Auch war es nicht möglich, den Kohlenstoff
blau zu zeichnen, da aus demselben Grund keines der Teilchen die Farbe der Kerze
haben sollte. Außerdem könnten blaue Teilchen, die sich an der Porzellanschale ab-
setzen, den Eindruck erwecken, hier soll kondensiertes Wasser an einem Uhrglas
demonstriert werden. Deshalb wurde der etwas extravagante Lilaton gewählt.
Auch in diesem Film werden wieder einige Fachbegriffe eingeblendet, die wichtig für
das Verständnis sind, um ein späteres Erinnern zu fördern.
Die Legende ist erhalten geblieben, da sie den Schülern hilft, bei den vielen Teilchen
den Überblick zu behalten. Das „Wachsteilchen“ CH4 taucht nicht in der Legende auf,
da dieser kleinste Kohlenwasserstoff nur der Einfachheit wegen gewählt wurde und
es nicht der Wirklichkeit entspricht, dass Wachs und Methan dasselbe sind. Es spielt
jedoch für die Reaktion keinerlei Rolle, ob es sich um kurze oder lange Kohlenwas-
serstoffketten handelt und es würde den Film nur unnötig kompliziert machen, größe-
re Moleküle zu verwenden.
4.2.5 Folgerung
In dieser neu aufbereiteten Form können die Trickfilme hoffentlich dazu beitragen
den Lernenden die grundlegenden Konzepte der Chemie besser zu vermitteln ohne
gleichzeitig Fehlvorstellungen zu induzieren. Leider scheinen manche Misconcepti-
ons auch mit optimalen Lernhilfen bei den Schülern zu entstehen. Dass Wasserteil-
chen sich in der Materie Wasser bewegen, wird ebenso wenig im Film gezeigt wie
dass Teilchen ihre Form ändern oder verschwinden können. Diese Vorstellungen
sind zu tief bei den Kindern verankert, um sie in so kurzer Zeit und nur in Form eines
Animationsclips verändern zu können. Hierzu bedarf es immer noch einer Lehrkraft,
4 Diskussion
145
die persönlich auf die Ideen der einzelnen Schüler eingehen kann und ihnen mit ver-
schiedenen Methoden diese komplizierten Konzepte näher bringt. Deshalb war es
zusätzlich nötig, Unterrichtsentwürfte zu konzipieren.
4.3 Konzeption von Unterrichtsentwürfen
Um Medien optimal nutzen zu können, müssen sie passend im Unterricht verwendet
werden. Hierzu wurden im Ergebnisteil Vorschläge gemacht. Die sechs Unterrichts-
entwürfe sind nach dem Artikulationsmodell von Monika Bieberbach aufgebaut und
beachten gleichzeitig die Entscheidungsfelder nach Heimann (vgl. Kap. 1.5).
Wie bereits erwähnt, ist es durchaus sinnvoll, den Teilchenbegriff schon in der fünf-
ten Klasse einzuführen. Die Unterrichtseinheiten zu Aggregatzuständen des Wassers
und zum Lösen sollen deshalb im „Natur und Technik“-Unterricht Verwendung finden.
Der wesentlich kompliziertere Vorgang des Verbrennens als Umgruppierung von
Teilchen passt dagegen erst in den Chemieunterricht der achten Klasse (vgl. Kap
4.1.6).
4.3.1 Verfahren und Mittel der Unterrichtsentwürfe
Als motivierender Einstieg wird oft der Musikclip aus der Studie verwendet. Diese
Verknüpfung mit der eigenen Lebenswelt der Kinder, sowie die ansprechende Musik,
mit welcher die Filme unterlegt wurden, fördert die Motivation (vgl. Kap. 1.4, 1.5).
Außerdem kam dieser Teil der Lerneinheit bei den am Projekt teilnehmenden Schü-
lern sehr gut an (vgl. Kap. 4.1.3). Aber auch das Mikroskopieren erzielt diesen Effekt
der Motivation. In der Phase der Problemstellung eignet sich ein Schülerexperiment
sehr gut. Durch die Eigentätigkeit beim Schülerexperiment „begreifen“ die Lernenden
selbst Chemie im Sinne des Wortes“ (Bader, 2002 S.293) und lernen leichter. Außer-
dem können nur durch selbst durchgeführte Experimente psychomotorische Lernzie-
le erreicht werden, mit den Lerneinheiten der Studie nicht möglich war. Im nächsten
Schritt sollen die Schüler Vermutungen anführen, wie das gestellte Problem gelöst
werden kann. Diese Phase ist sehr wichtig, damit Schüler ihr Vorwissen zum Er-
kenntnisgewinn einsetzen. Ihre Vermutungen werden schließlich durch die richtige
Erklärung bestätigt oder widerlegt. Diese Erklärung erfolgt hier, wenn möglich mit
Hilfe des Modellfilms. Auch dieser Teil der Unterrichteinheiten der Studie fand bei
den Schülern großen Anklang, weshalb es sinnvoll ist die Trickfilme im Unterricht zu
4 Diskussion
146
zeigen. Aufgrund der Ergebnisse der Hauptuntersuchung (vgl. Kap. 4.1.6) wird für die
ersten beiden Unterrichtseinheiten in der fünften Klasse das Comicmodell und für die
achte Klasse das Kugelmodell gewählt. Es werden immer die von Jacqueline Wein-
heimer optimierten Filme verwendet. Damit der Unterricht abwechslungsreich ist,
wurden als weitere Methoden der Problemlösung andere Modellexperimente und
Rollenspiele benutzt. Um den Modellcharakter sämtlicher Modelle zu verdeutlichen,
ist es wichtig, verschiedene zu verwenden und immer wieder zu betonen, dass es
sich keinesfalls um die Wirklichkeit handelt. Des Weiteren muss die Lehrperson dar-
auf achten, dass so wenige Fehlvorstellungen wie möglich bei den Schülern entste-
hen. Dem „Teilchen-in-Kontinuum-Problem“ beispielsweise kann entgegengearbeitet
werden, in dem man darauf achtet, dass bei allen Abbildungen, die man benutzt, so-
wie bei den Kinderzeichnungen, nie Wasserteilchen im Wasser schwimmen. Als Ab-
schluss jeder Unterrichtsstunde werden die Ergebnisse gesichert und der Stoff ver-
tieft. Auch diese Phase des Unterrichts ist wichtig, um die Nachhaltigkeit des Gelern-
ten zu fördern.
4.3.2 Lernziele und Bildungsstandards
In der Einleitung wurde bereits erwähnt, dass man im Unterricht Lernziele anstrebt,
die den Bildungsstandards der Kultusministeriumskonferenz entsprechen. Hier sollen
nun die Teillernziele der im Ergebnisteil angegeben Unterrichtsentwürfe den vier
Fachkompetenzen des Fachs Chemie zugeordnet werden.
Fachwissen
Die Schüler sollen
• wissen, dass Wasser aus kleinen Teilchen besteht.
• verstehen, was bei einer Aggregatzustandsänderung vor sich geht und dass
sie von der Temperatur abhängt.
• die Schmelz- und Siedetemperatur von Wasser kennen.
• sich erklären können, wie sich die Wasserteilchen im gasförmigen Zustand
verhalten.
• wissen, dass alle Stoffe aus Teilchen bestehen.
• Wasser als ein Lösemittel erkennen.
• verstehen, dass gelöste Stoffe nicht verschwinden
4 Diskussion
147
• erkennen, dass die Teilchen beim Lösen ihre Form und Größe nicht ändern.
• die chemische Reaktion als Umgruppierung von Teilchen verstehen.
• den Unterschied zwischen einer chemischen Reaktion und einem physikali-
schen Vorgang kennen.
• die Edukte und Produkte der Verbrennung einer Kerze nennen können.
Erkenntnisgewinnung
Die Schüler sollen
• in der Lage sein, eine Heizplatte bzw. einen Bunsenbrenner zu bedienen und
ein Thermometer abzulesen.
• das Filtrieren beherrschen.
• sich darüber im Klaren sein, dass Kugeln und Legosteine nur eine Modellvor-
stellung sind.
Kommunikation
Die Schüler sollen
• die Begriffe Schmelzen, Sieden, Erstarren und Kondensieren richtig benutzen
können.
• Sublimation und Resublimation an Beispielen des Alltags erklären können.
• den Atom- und Molekülbegriff kennen und ihn anwenden können.
• wissen, wo man chemische Fachsprache anwenden kann.
Bewertung
Die Schüler sollen
• das Alltagsphänomen „Schmelzen von Eis“ chemisch erklären können.
• das Alltagsphänomen „Lösen von Zucker“ chemisch erklären können
• erklären können, warum eine Kerze rußt.
• den Unterschied zwischen Modellvorstellung und Wirklichkeit kennen.
Wie auf den ersten Blick zu erkennen ist, wird der Kompetenzbereich „Fachwissen“
von den Unterrichtseinheiten am stärksten beachtet. Dies ist nicht verwunderlich, da
vor allem an Gymnasien auf diesen Bereich starke Akzente gesetzt werden. Außer-
dem ist es notwendig, besonders im Anfangsunterricht erst einmal ein fundiertes
Fachwissen zu vermitteln, um dann damit später weiterarbeiten zu können.
4 Diskussion
148
Aber auch den anderen drei Bildungsstandards können einige Lernziele zugeordnet
werden. Zur „Erkenntnisgewinnung“ gehören experimentelle und andere Untersu-
chungsmethoden, sowie das Nutzen von Modellen. Dies wird durch die Unterricht-
entwürfe durchaus vermittelt. Fünf Schülerexperimente, sowie das ständige Arbeiten
mit Modellen fördern die Fähigkeiten der Schüler in diesem Bereich.
Auch die Kompetenz „Kommunikation“ kommt durch die erstellten Unterrichtsentwür-
fe nicht zu kurz. Die Fachsprache muss schon im chemischen Anfangsunterricht eine
wichtige Rolle spielen, damit sich die Schüler über Fachinformationen austauschen
können. Darauf wird bei diesen Unterrichtseinheiten Wert gelegt. Für die Einführung
des Atom- und Molekülbegriffs steht sogar eine ganze Schulstunde zur Verfügung.
Der letzte Bereich, ist der der „Bewertung“. Bei diesem sollen chemische Sachverhal-
te in verschiedenen Kontexten erkannt und bewertet werden. Die Chemie soll mit
dem Alltag, der Umwelt oder der Wirtschaft vernetzt werden. Dies ist auch bei den
konzipierten Unterrichtseinheiten verwirklicht worden, da die Kinder alle verwendeten
Phänomene aus dem Alltag kennen. Auch das Wechseln von der phänomenologi-
schen zur Teilchenebene erfordert schon eine Bewertung. Um komplizierte Zusam-
menhänge und wirtschaftliche Probleme bewerten zu können, bedarf es aber einem
Wissen, dass es im Chemieanfangsunterricht erst zu vermitteln gilt. Dieser Kompe-
tenzbereich findet in höheren Klassen noch größere Beachtung.
4.4 Ausblick
Anhand der Ergebnisse der Untersuchung wurden nun die Modellfilme verbessert
und Vorschläge für eine Einbettung in den Unterricht gemacht. Unseres Erachtens
müssten so die Lernziele besser erreicht werden und die Fehlvorstellungen minimiert
werden. Da die Studie gezeigt hat, dass das Arbeiten mit Animationen Erfolg ver-
sprechend ist und den Schülern gefällt, ist es also sinnvoll diese im Unterricht anzu-
wenden. Vielleicht können sie den Kindern dabei helfen, den Teilchenbegriff so zu
verinnerlichen, dass in höheren Jahrgangsstufen darauf aufgebaut werden kann.
Um das Material jedem zugänglich zu machen, wird auf Seiten des ISB bereits an
einer Internetplattform gearbeitet, von der sowohl Arbeitsblätter und Versuchsbe-
schreibungen als auch die Animationsfilme heruntergeladen werden können. Die Ad-
resse der Website lautet: www.denken-in-modellen.de. Wir hoffen, dass viele Lehrer
4 Diskussion
149
das Angebot nutzen und mit unseren Materialien den herkömmlichen Unterricht be-
reichern. Auf diese Weise könnten auch andere Themen veranschaulicht werden und damit
könnte dem Entstehen von weiteren Fehlvorstellungen vorgebeugt werden. In jedem
Fall aber wird durch diesen Unterricht die Freude an chemischen Inhalten gestärkt,
was eine Grundvoraussetzung dafür ist, naturwissenschaftliches Interesse zu entwi-
ckeln.
5 Zusammenfassung
150
5 Zusammenfassung
Das Forschungsvorhaben „Denken in Modellen“ ist eine Zusammenarbeit von ZNL,
ISB und LMU, das sich mit der Vermittlung des Teilchenbegriffs in der fünften Klasse
des bayerischen Gymnasiums beschäftigt. Hierzu wurden drei Modelltypen entwickelt
(Kugeln, Legosteine und Comicfiguren), mit denen die drei Alltagsphänomene
Schmelzen von Eis, Lösen von Kochsalz und Verbrennen einer Kerze erklärt wurden.
Im Rahmen einer Lernsoftware konnten die Schüler in Trickfilmen beobachten, wie
sich die Teilchen dabei verhalten. Der Lernzuwachs der Kinder wurde durch Tests
ermittelt, die anhand von Kriterien ausgewertet wurden. Am Schluss wurden sie mit
einem unbekannten Sachverhalt konfrontiert, den sie sich selbst erklären sollten.
Mit Hilfe dieses Versuchsdesigns sollten drei Leitfragen geklärt werden.
Die Frage, welche Art von Modell die Veranschaulichung vertiefe, lässt sich nicht
eindeutig beantworten. Mit keinem der drei Typen lässt sich ein besseres
Verständnis erzielen als mit einem anderen.
Des Weiteren kann man festhalten, dass die Schüler Modelle nur dann als
Erklärungshilfen anwenden, wenn sie explizit danach gefragt werden.
Die letzte Forschungsfrage beschäftigt sich damit, welche modellhafte Darstellung
die jungen Forscher bevorzugen. Am besten gefallen hat den Kindern das
Comicmodell, gezeichnet wird von ihnen allerdings hauptsächlich das Kugelmodell.
Außerdem steckten wir uns für jede Lerneinheit drei Ziele zum größten Teil nicht
erreicht wurden, die, obwohl das Projekt bei den Probanden sehr gut ankam. Hinzu
kommt, dass die Trickfilme das Entstehen von Fehlvorstellungen nicht verhindern
konnten. Aus diesen Gründen war es nötig die Modellfilme zu optimieren. Besonders
auffällig erwiesen sich die Defizite in der letzten Lerneinheit, weshalb wir
vorschlagen, sie zukünftig in der achten Jahrgangsstufe anzusiedeln. Geändert
wurden immer nur diejenigen Filme, welche für das Alter der Schüler angemessen
erschienen. Für die fünfte Klasse wurde das Comicmodell und für die achte Klasse
das Kugelmodell gewählt. Daraufhin wurden Unterrichtsentwürfe, in denen die
Animationsfilme Verwendung finden, konzipiert. In der Planung wurde besonders auf
Eigentätigkeit der Schüler Wert gelegt und versucht Fehlvorstellungen vorzubeugen.
6 Literatur
151
6 Literatur
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http://www.kmk.org/schul/Bildungsstandards/Chemie_MSA_16-12-04.pdf (17.2.2007) STAATSINSTITUT FÜR SCHULQUALITÄT UND BILDUNGSFORSCHUNG, Grundschullehrplan für
Heimat und Sachunterricht in der 4. Jahrgangsstufe: http://www.isb.bayern.de/isb/index.asp?MNav=3&QNav=4&TNav=1&INav=0&Fach=
&Fach2=&LpSta=6&STyp=1&Lp=463 (15.02.2007) STAATSINSTITUT FÜR SCHULQUALITÄT UND BILDUNGSFORSCHUNG, Gymnasiallehrplan für Natur
und Technik in der 5. Jahrgangsstufe: http://www.isb-gym8-lehrplan.de/contentserv/3.1/g8.de/index.php?StoryID=26334
(15.02.2007) STAATSINSTITUT FÜR SCHULQUALITÄT UND BILDUNGSFORSCHUNG, Gymnasiallehrplan für
Chemie in der 8. Jahrgangsstufe: http://server.co101.spacenet.de/isb.co101.spacenet.de/contentserv/3.1/g8.de/index.p
hp?StoryID=26448 (15.02.2007) UNIVERSTITÄT KOBLENZ, Definition von E-Learning: http://mosel.uni-koblenz.de/elearning/definition (15.02.2007)
7 Danksagung
155
7 Danksagung Den folgenden Personen gilt unser besonderer Dank für die inhaltliche, organisatori-sche und emotionale Unterstützung bei der Durchführung des Projekts „Denken in Modellen“.
LMU München, Department Chemie, Abteilung Didaktik und Mathetik der Chemie:
Dr. Kristina Hock Prof. Dr. Michael A. Anton
Gudrun Baltjan
Transferzentrum für Neurowissenschaften und Lernen (ZNL), Universität Ulm
Dr. Katrin Vogt Dr. Michael Fritz
Staatsinstitut für Schulqualität und Bildung (ISB), München
Elisabeth Zimmerer Jochen Meyer
Oskar-Maria-Graf-Gymnasium, Neufahrn
Thomas Nickl Jeannette Zebisch
den Kindern der Klassen 5a und 5c
Lise-Meitner-Gymnasium, Unterhaching
Helga Meyer Ilona Kopp
den Kindern der Klassen 5c und 5e
LMU München, Unterrichtsmitschau Michael Schmitt
unseren Familien und Freunden für die liebevolle Unterstützung bei kleinen und großen Problemen
8 Anhang
156
8 Anhang
T0 Kriterien
2 ja/richtig
1 nein/falsch
0 nicht bearbeitet
4 vollständig
3 Weitgehend
2 Kaum
1 Gar nicht
0 Nicht bearbeitet
Frage 1: Wie kommt Wasser in die Wolken Aggregatzustand (Unterscheiden zwischen Wasserdampf / flüssigem Wasser)
X
Teilchenbegriff X Vorgangsverständnis (Wasser verdunstet, Wasserdampf steigt nach oben, Kondensieren (Kälte o. ä.), Wassertröpfchen bilden die Wolke)
X
Fehlvorstellungen (z. B. Wasser umwandeln, Wolke als Hülle)
X (Fehlvorstellung notieren)
Frage 2: Regen Teilchenbegriff X Vorgangsverständnis (Wassertröpfchen verbinden sich in der Kälte, schwere Tropfen fallen zu Boden)
X
Fehlvorstellungen (z. B. Wasser umwandeln) X (Fehlvorstellung notieren)
Frage 3: Lupe 1 (Flüssiges Wasser) Phänomen (Wellen, Wassertropfen) X Lupeneinstellung : Kugeln, Tröpfchen, Punkte X Teilchenbegriff (als Wort) X Präkonzepte (Lebewesen, Männchen) X (Konzept notieren) Teilchenbeweglichkeit (in Wort oder z. B. als Pfeil gezeichnet)
X
Frage 3 : Lupe 2 (Inneres einer Wolke) Phänomen (Nebel, weiß, nass) X Lupeneinstellung : Kugeln, Tröpfchen, Punkte X Teilchenbegriff (als Wort) X Fehlvorstellungen (Wolke als Hülle, innen leer, weich/Watte)
X (Fehlvorstellung notieren)
Frage 3: Lupe 3 (Schnee und Eis) Phänomen (Schneeflockenkugel, Eisblume) X Lupeneinstellung : Eiskristall modellhaft, z. B. Kugeln X Teilchenbegriff (als Wort) X Teilchenbeweglichkeit (Starre Anordnung in Wort oder z. B. in Form von Brücken)
X
Gesamtverständnis für Frage 3 X
8 Anhang
157
T1 Kriterien
2 ja/richtig 1 nein/falsch 0 nicht bearbeitet
4 vollständig 3 Weitgehend 2 Kaum 1 Gar nicht 0 Nicht bearbeitet
1 Kugel 2 Lego 3 Comic 4 Andere 0 Kein Modell
Frage 1 : Ankreuzen (richtig/falsch): Eis enthält andere Teilchen X Eis: Wasserteilchen regelmäßig X Fest, weil Wasserteilchen hart X Wasser: Wasserteilchen beweglich X Verständnis X Frage 2 : Zustandsformen des Wassers Bild 1 Phänomen gezeichnet (Würfel) X Teilchen gezeichnet X Art des Verwendeten Modells X Teilchenanordnung schlüssig (Teilchennähe/-entfernung, z. B. durch Pfeile; Abstände) X
Bild 2 Phänomen gezeichnet (Wellen) X Teilchen gezeichnet X Art des Verwendeten Modells X Teilchenanordnung schlüssig (Teilchennähe/-entfernung, z. B. durch Pfeile; Abstände) X
Bild 3 Phänomen gezeichnet (Dampf) X Teilchen gezeichnet X Art des Verwendeten Modells X Teilchenanordnung schlüssig (Teilchennähe/-entfernung, z. B. durch Pfeile; Abstände) X
Frage 3a) weiche Butter Phänomenologische Argumentation (Butterblock) X
Teilchen gezeichnet X Art des verwendeten Modells X Teilchenanordnung schlüssig (in Wort oder Bild; z. B. Beweglichkeit, Festigkeit, Teilchennähe) X
Frage 3 b) gefrorene Butter Phänomenologische Argumentation (Butterblock wird härter) X
Teilchen gezeichnet X Art des verwendeten Modells X Teilchenanordnung schlüssig in Wort oder Bild (z. B. Festigkeit aufgrund Teilchennähe) X
Frage 4: beschlagenes Fenster Phänomenologische Argumentation (Wasser in der Dusche, Wasser am Fenster) X
Teilchen als Erklärungskonzept (in Wort oder Bild; z. B. Teilchenwanderung)
X
Aggregatzustand (Übergang flüssiges Wasser, Wasserdampf und zurück) X
Art des verwendeten Modells X Vorgangsverständnis (Wasser aus der Dusche ans Fenster) X
8 Anhang
158
T2 Kriterien
2 ja/richtig
1 nein/falsch
0 nicht bearbeitet
4 vollständig
3 Weitgehend
2 Kaum
1 Gar nicht
0 Nicht bearbeitet
1 Kugel
2 Lego
3 Comic
4 Andere
0 Kein Modell
Frage 1 : Salzwasser Phänomen gezeichnet (Wellen mit Punkten) X Teilchen gezeichnet X Art des verwendeten Modells X Teilchenanordnung schlüssig X Frage 2: Kochsalzmodell Phänomen gezeichnet (Würfel) X Teilchen gezeichnet X Art des verwendeten Modells X Teilchenanordnung schlüssig X Frage 3: Salzwasser verdunstet Phänomenologische Argumentation (in Wort und/oder Bild, z. B. Salzkristalle, Wellen)
X
Aggregatzustand (Übergang flüssiges Wasser, Wasserdampf und zurück)
X
Teilchen als Erklärungskonzept (in Wort und/oder Bild)
X
Art des verwendeten Modells X Vorgangsverständnis (Verdunstungsvorgang, Salz bleibt übrig, weil es nicht verdunsten kann)
X
Frage 4: Versuch Trichter Phänomenologische Argumentation („Salzgröße“, Zerteilen von Salz, Vorsicht: Kinder schreiben oft flüssig (Phänomen) und meinen gelöst)
X
Teilchenmodell als Erklärungskonzept (Teilchengröße, (Salzteilchen, Wasserteilchen) im Feststoff/in der Lösung)
X
Fehlvorstellung (Verschiedene Salzarten: festes Salz, flüssiges Salz) Das war in meiner Endfassung gelb markiert – war es ein Kriterium in der Access-Datenbank?
X
Vorgangsverständnis (schlüssige Argumentation, Löslichkeit von Salz in Wasser, ungelöstes Salz als Feststoff)
X
Frage 5: Paul putzt Bad Phänomenologische Argumentation (Schmutz, Wasser verdunstet, Kruste)
X
Teilchenmodell als Erklärungskonzept (Löslichkeit der „Schmutzteilchen“)
X
Art des verwendeten Modells X Vorgangsverständnis (Lösevorgang verstanden: Schmutz/Teilchen löst sich in Wasser, bleibt beim Verdunsten zurück)
X
8 Anhang
159
T3 Kriterien
2 ja/richtig
1 nein/falsch
0 nicht bearbeitet
4 vollständig
3 Weitgehend
2 Kaum
1 Gar nicht
0 Nicht bearbeitet
1 Kugel
2 Lego
3 Comic
4 Andere
0 Kein Modell
Frage 1 : Ankreuzen
Wachs schmilzt X Feuer entweicht X Kohlenstoffdioxidteilchen entweichen X Wachs verdunstet X Riesenmoleküle entstehen X Verständnis X Frage 2: Kohlenstoffdioxidmolekül zeichnen Teilchen gezeichnet X Teilchenanordnung schlüssig X Beschriftung schlüssig (…-atome) X Art des verwendeten Modells X Frage 3: aus CO2 wieder O2 Phänomenologische Argumentation X Teilchen gezeichnet X Teilchenanordnung schlüssig X Beschriftung vorhanden X Beschriftung schlüssig (…-atome) X Art des verwendeten Modells X Verständnis X Frage 4 : chemischen Reaktion: vorher/nacher/dazwischen
Phänomenologische Argumentation (Wasser ist im Wachs)
X
Teilchenmodell als Erklärungskonzept (Atome, Moleküle, Wasserstoffteilchen verbinden sich mit Sauerstoffteilchen aus Luft;)
X
Art des verwendeten Modells X Vorgangsverständnis X Frage 5: Benzinmolekül Phänomenologische Argumentation (zeichnen von Auto oder Benzinkanister;)
X
Teilchen gezeichnet X Teilchenanordnung schlüssig(Kohlenstoffteilchen verwendet;)
X
Beschriftung vorhanden X Beschriftung schlüssig (…-atome) (Kohlenstoffteilchen verwendet)
X
Art des verwendeten Modells X
8 Anhang
160
T4 Kriterien
2 ja/richtig
1 nein/falsch
0 nicht bearbeitet
4 vollständig
3 Weitgehend
2 Kaum
1 Gar nicht
0 Nicht bearbeitet
1 Kugel
2 Lego
3 Comic
4 Andere
0 Kein Modell
Frage 1: Erkläre roten Streifen in Petrieschale Phänomenologische Argumentation X Teilchen als Erklärungskonzept X Art des verwendeten Modells X Verständnis X Frage 2: Bilder mit Teilchen zeichnen
Abbildung 1 Phänomenologische Argumentation X Teilchen als Erklärungskonzept X Art des verwendeten Modells X Verständnis X Abbildung 2 Phänomenologische Argumentation X Teilchen als Erklärungskonzept X Art des verwendeten Modells X Verständnis X Abbildung 3 Phänomenologische Argumentation X Teilchen als Erklärungskonzept X Art des verwendeten Modells X Verständnis X
8 Anhang
161
T5 Kriterien
2 ja/richtig
1 nein/falsch
0 nicht bearbeitet
4 vollständig
3 Weitgehend
2 Kaum
1 Gar nicht
0 Nicht bearbeitet
1 Kugel
2 Lego
3 Comic
4 Andere
0 Kein Modell
Frage 1
Welches Modell hat dir am besten gefallen? X Frage 2
Mit welchem Modell kannst du es am besten verstehen?
X
Frage 3
Mit welchem Modell kannst du es am besten erklären?
X
Frage 4
Wieviel hast du schon vorher gewußt zu Schmelzen x Lösen x Verbrennen x Frage 5
Wieviel hast du dazu gelernt zu Schmelzen X Lösen X Verbrennen X Frage 6
Wie schwierig war Schmelzen X Lösen X Verbrennen X Frage 7
X Frage 8
Wie haben dir die Abschnitte gefallen Musikclip X Experiment X Videos zu den Modellen X Aufgaben X Tests X Frage 9
Wie findest du NuT X Frage 10
Ich sehe im TV Löwenzahn X Wissen macht aah X Galileo X Sendung mit der Maus X Quarks und Co X (Anmerkung für weitere)
8 Anhang
162
T0 Bewertungsschlüssel
4 mit „kondensieren“ oder Kälte 3 richtige Erklärung
Frage 1: Wie kommt das Wasser in die Wolken
2 Fehlvorstellung Wolke als Hülle
4 mit „kondensieren“ oder Kälte 3 richtige Erklärung
Frage 2: Regen
2 Fehlvorstellung Wolke als Hülle
4 richtige Teilchenanordnung und –bewegung 3 ohne Teilchenbewegung
Frage 3: Lupeneinstellungen von Wasser
2 richtiger Ansatz
T1 Bewertungsschlüssel 4 2 richtige Kreuze 3 nur 1 richtiges Kreuz (kein zweites gemacht) 2 1 richtiges und 1 falsches Kreuz
Frage 1 : Ankreuzen
1 2 falsche Kreuze
4 alles richtig 3 nicht gut erkennbar
Frage 2: Zustandsformen des Wassers
2 Wölkchen mit Teilchen ausgefüllt
4 Teilchen bei a) regelmäßig bei b) unregelmäßig 3 nicht gut erkennbar
Frage 3: Butter
2 zerfließende Teilchen
4 Teilchenbegriff und richtiges Phänomen 3 ohne Teilchenbegriff
Frage 4: Beschlagenes Fenster
2 ohne „kondensieren“
T2 Bewertungsschlüssel
4 zwei verschiede Salzteilchen 3 nur eine Art von Salzteilchen
Frage 1: Salzwasser
2 nicht gelöst
4 regelmäßiger Aufbau mit zwei verschiedenen Salzteilchen 3 unregelmäßiger Kristallaufbau
Frage 2: Kochsalzmodell
2 nur eine Art von Salzteilchen
4 Erklärung (Aggregatzustand) und Zeichnung mit zwei verschiedenen Salzteilchen
3 ohne Erklärung bzw. keine exakte Zeichnung
Frage 3: Salzwasser verdunstet
2 richtier Ansatz
4 Kristall zu groß, Salzteilchen passen hindurch 3 richtig aber ohne Größenangaben
Frage 4: Versuch Trichter
2 richtiger Ansatz
4 Erklärung mit Teilchenbegriff 3 richtige phänomenologische Erklärung
Frage 5: Paul putzt das Bad
2 Kalk aus dem Wasser bleibt am Boden
8 Anhang
163
T3 Bewertungsschlüssel
4 2 richtige Kreuze 3 nur 1 richtiges Kreuz (kein zweites gemacht) 2 1 richtiges und 1 falsches Kreuz
Frage 1: Ankreuzen
1 2 falsche Kreuze
4 richtig 3 OC2
Frage 2: Kohlenstoffdioxidmolekül zeichnen - Zeichnung 2 ohne C oder ohne O
4 „Atom“ als Endung 3 ohne „Atom“ oder „Molekül“
Frage 2: Kohlenstoffdioxidmolekül zeichnen - Beschriftung 2 1 falsch
4 Zeichnung 4 und Beschriftung 3/4 3 Zeichnung 4 und Beschriftung 2/1/0 oder Zeichnung 3 und
Beschriftung 3/4
Frage 2: Kohlenstoffdioxidmolekül zeichnen – Verständnis
2 Zeichnung 3 und Beschriftung 1/0 oder Zeichnung 2
4 Zeichnung schlüssig, mit O2-Molekülen 3 verkehrt herum, alle Atome allein, nur Erklärung
Frage 3: aus CO2 wieder O2
2 Moleküle verwechselt
4 richtige Moleküle und Erklärung 3 keine Erklärung, kein Wachsmolekül, aber Reaktion
Frage 4: chemische Reaktion
2
4 C und ein/mehrere andere/s sinnvolle/s Atom/e 3 aus dem Film bekanntes Molekül oder unsinnig
Frage 5: Benzinmolekül
2 nur ein C-Atom
T4 Bewertungsschlüssel
4 Teilchen und richtige Beobachtung 3 Teilchen und zweifelhafte Beobachtung, richtige Beobachtung ohne
Teilchen
Frage 1: Erkläre roten Streifen
2 zweifelhafte Beobachtung z.B.: „Es entsteht chem. Reaktion“
Frage 2: Bilder mit Teilchen zeichnen
4 Salz aus 2 Arten von Teilchen 3 Salz aus einer Art von Teilchen, kristallartig
Abbildung 1 :
2 Teilchen ohne Struktur
4 alle Teilchen verteilen sich 3 Teilchen verteilen sich
Abbildung 2 :
2 es werden mehr Teilchen, nur ein Salz diffundiert
4 vier verschiedene Teilchen setzen sich anders wieder zusammen 3 gelbe und weiße Teilchen ergeben rot 2 roter Streifen aus Teilchen und gelbe und weiße Teilchen in der Mitte,
Rote Substanz verbindet sich mit Teilchen
Abbildung 3:
1 nur ein roter Strich