Post on 05-Apr-2015
VisualisierungWarum wir sie brauchen und wie
man sie richtig betreibt
Einstieg
AkadDir W. Wagner. Didaktik der Chemie, Universität Bayreuth
Beschreiben Sie, was Sie auf den nächsten Folien sehen! Versuchen Sie, Zahlen zu
nennen!
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Visualisierung im Unterrichtsfach Chemie• Aus den unterschiedlichen Schwierigkeiten bei der
Wahrnehmung im Test lassen sich Schlussfolgerungen für gute Visualisierung ableiten.
• Thesen: Cognitive load Bilder beschleunigen Wahrnehmung Lesen stört Bilder Zu viel ist ungesund Unsere Medien enthalten Metainformation
(die wir nicht hineingesetzt haben)
Gedächtnismodell:
1. Arbeitsgedächtnis:– 2-5 „chunks“, Sinneinheiten– 20-30s haltbar
2. Langzeitgedächtnis:– mengenmäßig (wahrscheinlich) unbegrenzt– Zeitlich (wahrscheinlich) unbegrenzt
Cognitive Load Theory
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„Chunks“ = Sinneinheiten
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„Chunks“ = Sinneinheiten
kindchildcopilanak
enfantdzieckogyerekcriança
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Zu viele Sinneinheiten
In unstrukturierter Umgebung muss das Auge geführt werden:
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Zu viele Sinneinheiten
Hervorheben im Kontext:
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Zu viele Sinneinheiten
In strukturierter Umgebung fällt die selbe Sinneinheit von selber auf:
Chalupa: The visual Neurosciences. MIT press, Cambridge.
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Bevorzugte Arbeitsweise der Hirnhälften
Links:• analytisch• sprachlich, verbal• rational• seriell (jeweils nur 1 Information)• Zeitempfinden• linear• Details• Zentrum für Wörter, Zahlen,
Regeln• Gesprochene Sprache,
Grammatik, Wortstellung• Zuordnung nach Funktion
• Bei Gesichterbeschreibung gut
Rechts:• synthetisch• bildlich, visuell• intuitiv, kreativ• parallel (Bilder)• Raumempfinden• Zusammenhänge• ganzheitlich• Zentrum für Spontaneität,
Gefühle• Körpersprache, Mimik, Gestik
• Zuordnung nach Erscheinungsbild
• bei Gesichtererkennung gut
Lateralisierung wie hier beschrieben gilt nur für die meisten Rechtshänder
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Metainformation 1: Bsp. Vasarely
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Formen werden interpretiert
Mann mit Saxophon…
…oder Frau ?
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Gesichter sind bevorzugt: Bsp. Face on Mars
Metainformation 2a: Bsp. hohe Sättigung
Metainformation 2b: Bsp. niedrige Sättigung
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Wirkung bei Sachbildern
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Falsche Codierung
© Roland Spinola
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Codierter Kommunikation
Sender
inneres Bild
Satz
Wort
Laut
Zeichen
Code
Code
CodeCode
Empfänger
inneres Bild
Satz
Wort
Laut
Zeichen
Code
Code
CodeCodeÜbertragungSchrift
Sprache
Code
Code
Bsp.: „Ich sehe einen Hund.“
Code
Code
CodeCode
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Nicht codierter Kommunikation
Sender
inneres Bild
Auswahl
Empfänger
inneres Bild
Einordnen
äußeres Bild
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Hemisphärische Verarbeitung
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linkeHemisph.
rechteHemisph.
„Schwefel“
Codierte und nicht codierte Information
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Bild betrachten
lesenDie thermodynamisch stabile Modifikation des Schwefels ist die rhombisch kristalline Form…
sprechen
(tun)
Gehirn
höherevisuelle Z.
Decodieren
Decodierenhöhere
akust. Z.
optisch (75%)
akustisch (13%)
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Visuelle SignalverarbeitungV1 primärer visueller Cortex (kommt vom Kniehöcker aus der Mittelfurche an die hintere Oberfläche)
V2-V5 zweiter bis fünfter visueller Cortex
A Assotiationsfelder
V2 V1V4
V3
Frontallappen
Temporallappen(Schläfen~)
Parietallappen(Scheitel~)
Kleinhirn
Occipitallappen(Hinterhaupts~)
?
WO
WASA
TE
V5V5
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Auditive SignalverarbeitungS1 primäres Sprachzentrum
S2 sekundäres Sprachzentrum (Wernicke-Areal)
M motorische Felder (Broca-Areal)
A Assotiationsfelder
Frontallappen
Temporallappen(Schläfen~)
Parietallappen(Scheitel~)
Kleinhirn
Occipitallappen(Hinterhaupts~)
S1S2
MA
V
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Getrennte Wege für visuell und auditiv
V1
A
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3 Begründung aus der Fachdidaktik
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Erkenntnisebenen
Submikroskopische Ebene:• Teilchen-Ebene, abstrakt• chemische Eigenschaften• einzelne Moleküle („Aussehen“) • verschiedene Modelldarstellungen
Makroskopische Ebene:• Stoff-Ebene, konkret (anfassbar)• Populationen von Molekülen• Physikalische und
Material-Eigenschaften
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Beispiel: Denkfiguren 1Makroskopische und submikroskopische Ebene
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Beispiel: Denkfiguren 2Aufbau von Unterricht und Vortrag
• Wenige Elemente
• symmetrisch
Daraus zieht das Gehirn die Schlußfolgerung :
• das ist ja einfacher als gedacht
• kann ich
• freu mich, Erfolg.
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Codierungsgrad
Schrift Denkfigur Grafik Foto Film
Cod
ieru
ngsg
rad
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Beispiel 1: Der Wasserdampf
Ikarus, Natur & Technik 5, Oldenbourg, S. 51
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Beispiel 2: Proteinstruktur
Jgst. 9: Wo sind die H-Brücken?
Die weiße Bandstruktur? Die wäre helical.
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Zusatzbeispiel: zu knappe Bildunterschrift
Wo ist die Natronlauge drin?
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Zusatzbeispiel: falsche Bildunterschrift
Wie bitte?
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Erinnerung: Wahrnehmungsgesetze
~ ~~~~~
~ ~~~~~
~ ~~~~~
~ ~~~~~
~ ~~~~~
~ ~~~~~
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~ ~~~~~
~ ~~~~~
~ ~~~~~
~ ~~~ ~~~ ~~~ ~~~ ~~~ ~~
~ ~~~ ~~~ ~~~ ~~~ ~~~ ~~~ ~
~~~~
~ ~~~~~
~ ~~~~~
~ ~~~~~
~ ~~~~~
~ ~~~~~
~ ~~~~~
~ ~~~~~
~ ~~~~~
~ ~~~~~
z.B. Gesetz der glatt durchlaufenden Linie:
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Wahrnehmungsgesetze...gelten auch für Folien, Arbeitsblätter und Abbildungen:
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Beispiel 3: Das MolkonzeptQuelle: Schülerheft, GMG Bayreuth, 12/2007.
• Viel zu viele Elemente
• Keine Reduktion der Zahl möglich, nicht durch Symmetrie und nicht durch Gruppierung
Daraus zieht das Gehirn die Schlußfolgerung :
• kompliziert
• kann ich nicht.
Masse
m [g]
Teilchen-zahl
N
Volumen
V [l]
Stoff-menge
n [mol]
Stoffmengen-konzentration
l
mol
V
nc
MolaresVolumen
mol
l
n
VVM
Molare Masse
mol
g
n
mM
Dichte
l
g
V
m
Atom-masse
gN
mma
Avogadro-Konstante
mol
1
n
NNa
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Beispiel 3: Das MolkonzeptMaßnahme 1:• Unterscheidung der
Qualitäten „Basisgröße“ und „Hilfsgröße zur Umwandlung“; erfordert ZWEI Blicke zum erfassen.
• Einsatz als Arbeitsfolie und Zusammenfassung
• Zur Erarbeitung Gliederung nötig
• Nachteil: zentrale Stellung von n nicht deutlich.
Masse
m [g]
Teilchen-zahl
N
Volumen
V [l]
Stoff-menge
n [mol]Stoffmengen-konzentration
l
mol
V
nc
MolaresVolumen
mol
l
n
VVM
Molare Masse
mol
g
n
mMDichte
l
g
V
m
Atom-masse
gN
mma
Avogadro-Konstante
mol
1
n
NNa
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Beispiel 3: Das Molkonzept
Maßnahme 2:
• Stärkere Betonung der zentralen Stellung von n
Masse
m [g]
Teilchen-zahl
N
Volumen
V [l]
Stoff-menge
n [mol]
Stoffmengen-konzentration
l
mol
V
nc
MolaresVolumen
mol
l
n
VVM
Molare Masse
mol
g
n
mM
Dichte
l
g
V
m
Atom-masse
gN
mma
Avogadro-Konstante
mol
1
n
NNa
• Hohes Maß an Symmetrie
• n noch nicht optimal im Zentrum
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Beispiel 3: Das Molkonzept
n(X) : n(Y)
m(X)
N(X)
V(X)
c(X)
m(Y)
N(Y)
V(Y)
c(Y)
• grundsätzlich auch noch zu viele Elemente, aber...
• Reduktion der Zahl durch Symmetrie und Gruppierung möglich.
• n ideal zentralisiert.
Alternative:
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Persönliche Bewertung?
Masse
m [g]
Teilchen-zahl
N
Volumen
V [l]
Stoff-mengen [mol]Stoffmengen
-konz.
l
mol
V
nc
MolaresVolumen
mol
l
n
VVM
Molare Masse
mol
g
n
mM
Dichte
l
g
V
m
Atom-masse
gN
mma
Avogadro-Konstante
mol
1
n
NNa
n(X) : n(Y)
m(X)
N(X)
V(X)
c(X)
m(Y)
N(Y)
V(Y)
c(Y)
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Durch Studierende erarbeitete Variante
A + B C + Dm(A,B)
N(A,B)
V(A,B)
c(A,B)
m(C,D)
N(C,D)
V(C,D)
c(C,D)
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Negativbeispiel: DiamantenpreiseTufte, Edward R.: Envisioning Information.
Graphics Press, Cheshire, Connecticut 1990.
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Didaktische Planung
Was(Inhalte)
Wo(did. Orte)
mediales Wie
VisualisierungVerfahrens-Wie
Für wen(Zielgrp.)
Zusammenf.
Lösungsplanung
DokumentationAnwendung
Festigung
Einführung
Problemfindung
Erarbeitung/Lösung
Übertragung
RealexperimentModellexperim.
DenkmodellMathem. Modell
Materielles ModellBewegtes Bild
Tafelskizze…
Jgst. 5Jgst. 6
Jgst. 7Jgst. 8Jgst. 9
Jgst. 10
Jgst. 11
Jgst. 12
Differenz.grp.
FormelschreibweiseTeilchenstruktur
Zeitliche Abläufe (Masse)Zeitliche Abläufe (Energie)
DenkstrukturMesswerte
VereinbarungenNaturgesetz…
Fragend
Klassifizierung
Forschend
Entwickelnd
Hierarchisierung
Entdeckend…
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Fallbeispiel allgemeinGut:• Anbieten von Bild und Ton:
die Leistungen beider Wege werden im Gehirn genutzt.
• Synchrones Anbieten:die richtige Interpretation wird durch das Gesetz der Nähe unterstützt.
• Widerspruchsfreie Information auf den beiden Kanälen:weil das Gehirn Bearbeitungszeit spart
• einfach codiert:gut, weil das Gehirn mit einem Durchlauf zum Ergebnis kommt.
Schlecht:• Präsentieren von Bild oder Ton:
ein Weg wird vergeben.
• Zeitversetztes Anbieten:Zusammengehörigkeit der Information wird nicht erkannt.
• Widerspruch zwischen den beiden Kanälen:das Gehirn muss öfter zur Überprüfung ansetzen
• mehrfach codiert:schlecht, weil das Gehirn mehrere Durchläufe benötigt.
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Chemische Bezeichnungen und Schmelzpunkte (°C) : Methansäure; 8,4, Ethansäure; 16,6, Propansäure; -22, Butansäure; -5, Pentansäure; -34,5, Hexansäure; -1,5, Heptansäure; -11, Octansäure; 16,5, Nonansäure; 12,5,
Decansäure; 31,5, Undecansäure; 28, Dodecansäure; 44, Tridecansäure; 43, Tetradecansäure; 54,5, Pentadecansäure;
52,3, Hexadecansäure; 63, Heptadecansäure; 61, Octadecansäure; 69
Fallbeispiel konkret: Variante 1
Aufgabe: Formulieren Sie eine allgemeine Aussage über den Verlauf der Schmelzpunkte bei Carbonsäuren!
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Chemische Bezeichnungen
Schmelzpunkte (°C)
Methansäure 8,4
Ethansäure 16,6
Propansäure -22
Butansäure -5
Pentansäure -34,5
Hexansäure -1,5
Heptansäure -11
Octansäure 16,5
Nonansäure 12,5
Decansäure 31,5
Undecansäure 28
Dodecansäure 44
Tridecansäure 43
Tetradecansäure 54,5
Pentadecansäure 52,3
Hexadecansäure 63
Heptadecansäure 61
Octadecansäure 69
Variante 2
Aufgabe: Formulieren Sie eine allgemeine Aussage über den Verlauf der Schmelzpunkte bei Carbonsäuren!
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1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18
-40
-20
0
20
40
60
80
Temperatur
Variante 3Aufgabe: Formulieren Sie eine allgemeine Aussage über den Verlauf der Schmelzpunkte bei Carbonsäuren!
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1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18
Temperatur
8.4
16.6
-22
-5 -34.5
-1.5
-11
16.5
12.5
31.5
28 44 43 54.5
52.3
63 61 69-30
-10
10
30
50
70
Schmelztemperatur von Carbonsäuren (C-Atome)
Tem
per
atu
rVariante 4
Aufgabe: Formulieren Sie eine allgemeine Aussage über den Verlauf der Schmelzpunkte bei Carbonsäuren!
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ZusatzbeispielWo befindet sich die Zone mit den „T“?
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Nicht ganz gleichwertige Interpretationen
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Bewegung: wie viele Punkte sehen Sie?
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Kontextabhängige Interpretation
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Kontextabhängige InterpretationSehen Sie DaVinci?
Wie viele?
Oder Reiter?
Wie viele?
Oder beides?
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Kontextabhängige InterpretationWas sehen Sie?
Wann?
Warum?
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Beispiel 3: Das Molkonzept
Masse
m [g]
Teilchen-zahl
N
Volumen
V [l]
Stoff-menge
n [mol]
Stoffmengen-konzentration
l
mol
V
nc
MolaresVolumen
mol
l
n
VVM
Molare Masse
mol
g
n
mM
Dichte
l
g
V
m
Atom-masse
gN
mma
Avogadro-Konstante
mol
1
n
NNa
Variante 2:
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Finden Sie die Zahl, die sich rechts von
einem Punkt, oberhalb eines
Sterns, unterhalb einer fünf und links
von einem Buchstaben R
befindet!
Finden Sie die Zahl, die sich rechts von
einem Punkt, oberhalb eines
Sterns, unterhalb einer fünf und links
von einem Buchstaben R
befindet!
Finden Sie die Zahl, die sich rechts von
einem Punkt, oberhalb eines
Sterns, unterhalb einer fünf und links
von einem Buchstaben R
befindet!
Finden Sie die Zahl, die sich rechts von
einem Punkt, oberhalb eines
Sterns, unterhalb einer fünf und links
von einem Buchstaben R
befindet!
Finden Sie die Zahl, die sich rechts von
einem Punkt, oberhalb eines
Sterns, unterhalb einer fünf und links
von einem Buchstaben R
befindet!
Finden Sie die Zahl, die sich rechts von
einem Punkt, oberhalb eines
Sterns, unterhalb einer fünf und links
von einem Buchstaben R
befindet!
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Finden Sie:
Finden Sie:
Finden Sie:
Finden Sie:
Finden Sie:
Finden Sie:
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Auditive SignalverarbeitungA Assoziationsfelder
S Sprachzentren
M motorische Felder (Broca-Areal)
V visuelle Zentren
Frontallappen
Temporallappen(Schläfen~)
Parietallappen(Scheitel~)
Kleinhirn
Occipitallappen(Hinterhaupts~)
S1S2
MA
V
?
WO
WAS
TE