Abstraktionsstufen

M. A. Anton

Planungs- & Analyseraster für den Unterricht

Ziele

ThemaFachperspektive Schülerperspektive

Lehrerperspektive

LehrplanBildungsstandards Bildungsrelevanz

Fachinhalt

Artikulation FLnZ, Inhalt, U-form, U-methode, Medien

Lernerrelevanz

Evaluationsinstrumente Evaluationsergebnisse

Evaluationskonsequenzen & Unterrichtsentwicklung

PARU

Motivation

InstruktionAnwendung

Artikulation

Inhalt

PARU

Motivation

InstruktionAnwendung

Artikulation

InhaltVorbereitung

Nachbereitung

Fachliche Sicherheit (LLI)-eng inhaltsbezogen-systematisch überblickend

Ziele-operationalisiert

•Wissensmodell-global

•Basiskonzepte•Kompetenzbereiche

Strukturierung-Felder!-inhaltlich (DR)-aktional-sozial-methodisch-zeitlich-lernpsychologisch

Strukturierung-Felder!-inhaltlich (DR)-aktional-sozial-methodisch-zeitlich-lernpsychologisch

Hilfsmittel- Knowledge-Mapping- Demonstration- Experiment - TA + Heft- OH + Buch Fixierung

Veranschaulichung

Bed

eutu

ng

Reflexion, EvaluationOptimierungen

Wertschätzung &Feedback (SuS):Kompetenzzuwachs

Unterrichtsmodell: PARU u.a. Lehrlern-Modell:Moderater KonstruktivismusHeterogenität der Lerngruppen:„Matthäus-Prinzip“

Erklärung

Hauptorientierungen in der Unterrichtsarbeit

Bedeutung von Strukturierungen von Unterricht

Untersuchung an GSHS-Klassen, Mchn (1985), Fach Math. hinsichtlich: Leistungszuwachs und Verringerung der Leistungsstreuung (MPI Psycholog. F.)(Quelle: Terhart, 2005, S. 92)

Optimalklassen:Kl. mit überdurch-schnittlichem Leistungszuwachs und ebensolcher Verringerung der Leistungsstreuung

Auffallend: Die je individuellen Merkmalprofile der Lehrer in der O-Gruppe streuen sehr breit (? „Echtheit!“)

Deutliches

Alleinstellungsmerkmal

für Unterrichtsqualität:

Strukturierung des Unterrichts!

verständlich vortragen

Wichtiges festhaltenstrukturiert arbeiten strukturiert arbeiten

Sinne aktivierenhandeln lassen

laut denken

Kompetenzzuwachs rückmelden

Theorie

Hauptorientierungen in der Unterrichtsarbeit

Erfolg erleben

PARU

Motivation

InstruktionAnwendung

Inhalt

Ziele

Hilfsmittel

Problembasiertes Lernen PBLEntdeckendes Lernen EL

Struktur

InstruktionsstufenTheoriefeld/Praxisfeld

Kleinschrittigkeit„k.l.a.r.“

Experimentierphasen Aspektbetonung / Wahrnehmungsführung

Experimentierphasen Aspektbetonung / Wahrnehmungsführung

Artikulation

Experimentierphasen

Präexperimentelle Phase:Untersuchungsfragen, Vorwissensaktivierung,

vorläufige (hypothetische) Antworten, Vorgehensweise

Experimentelle Phase:Zielorientiert, beobachtend,

protokollierend

Postexperimentelle Phase:Abstraktionen, Modellbildungen, Verallgemeinerungen

Problementstehung, etwa durch Beobachtung;

Kognitiver Konflikt mit Lösungsnutzen!

Aspektbetonung I

Fe-Wolle

Luft

Sperrflüssigkeit

Steigrohr

CuSO4-Lsg.

Fe-Nagel

Wasserzersetzungnach Hofmann*

Demo von EnergieformenBeisp.: Elektr. E.

REDOX-Reaktion bei Verwendungvon Oxidationszahlen (OZ)

Demo einer Reduktion

Elektrolyse von Schwefelsäure:•Reihenfolge der Ionenentladung•Akku•ELOXAL-Verfahren

Herleitung der Summenformelvon H2 und O2

Herleitung der Faraday-Konstanten

Herleitung der Volumengesetze(AVOGADRO)

Nachweis: Wasser ist eine Verbindung,kein „Element“

Reaktionstyp: Analyse

Gewinnung einesstöchiometrischenKnallgasgemisches

„geschlossener Stromkreis“

Glimmspan- & KnallgasprobeAspektbetonung II

6 H

2O

4 H

3O+ +

4 e

- + O

2

4 H

3O+ +

2 e

- 4

H2O

+ 2

H2

(*August W. v. Hofmann, 1818-1892; 1866)

Wahrnehmungsführung

• Figur-Grund-Kontrast

• Einfachheit

• Gleichartigkeit

• Nähe

• Durchlaufende Linie

• Symmetrie

• Links-Rechts

PARU Artikulation

Motivation

InstruktionAnwendung

Inhalt

Ziele

Hilfsmittel

Problembasiertes Lernen PBLEntdeckendes Lernen EL

Struktur

InstruktionsstufenTheoriefeld/Praxisfeld

Kleinschrittigkeitk.l.a.r.

Realer Versuchsaufbau und -ausführungRealer Versuchsaufbau und -ausführung

Nawi-Unterrichtsfelder

TheoriefeldArgumentation/Fähigkeiteninstruktiv-Fachsprache-Basiskonzepte der BS-Modell- vorstellungen-Ordnungs- systeme-Erklärprinzipien-Portfolio-Präsentation

Erklärung

Mitteilung

Aufträge

PraxisfeldHandlungs-orientierung/ Fertigkeiten

explorativ-Gerätekunde-Stoffkunde-Technikkunde-Sicherheit-Modellkunde-Forschungs- zyklus-Experimentier- protokolle-Optimierung

Kumulieren

Kombinieren

Organisieren

Fakten

Ko

nd

ition

en F

un

ktion

en

WissensqualitätenInstruktionsstufen

Fachwissen – Erkenntnisgewinnung – Kommunikation – Bewertung

kognitionsfördernd interessefördernd

Transformations-Methode/Hypothesen-(prüfung)

Experte

Fakten

Novize

Strukturierungdes „Problemraums“(PBL)

Zielzustand

Definition/Abgrenzung (PA)

Authentisches Problem (PE)

Lösungssuche (PB)

Moderater Konstruktivismus „Moko“

Problembasiertes Lernen PBLA

Heuristik (PL)

Schwierigkeiten-Analyse/Frage

Anfangszustand

Funktionen

Kon

ditio

nen

EntdeckendesLernen (EL)

Konfliktinduktion &-lösung

Authentisches Problem (PE)

Entdeckendes LernenB

Beispiele &Erklären

Explorieren &Experimentieren

Konstruieren &Erfinden

Heuristik (PL)

Realer Versuchsaufbau und -ausführungRealer Versuchsaufbau und -ausführung

abstrakt

konkret

Phä

nom

en

Zeit

Realer Versuchsaufbau und -ausführung

Skizze/Abbildung

abstrakt

konkret

Phä

nom

en

Zeit

Realer Versuchsaufbau und -ausführung

Skizze/Abbildung

Verbalisierung: Beschreibung von Aufbau und Ablauf

abstrakt

konkret

Gen

eral

isie

rung

Phä

nom

en

Zeit

Realer Versuchsaufbau und -ausführung

Skizze/Abbildung

Verbalisierung: Beschreibung von Aufbau und Ablauf

Symbolisierung und ModellierungTeilchen-, Modell-, Symbolebene (TMS)

abstrakt

konkret

Phä

nom

enA

bstr

aktio

n

Zeit

Realer Versuchsaufbau und -ausführung

Skizze/Abbildung

Verbalisierung: Beschreibung von Aufbau und Ablauf

Symbolisierung und ModellierungTeilchen-, Modell-, Symbolebene (TMS)

Mathematisierung

abstrakt

konkret

Phä

nom

enA

bstr

aktio

n

Zeit

Realer Versuchsaufbau und -ausführung

Skizze/Abbildung

Verbalisierung: Beschreibung von Aufbau und Ablauf

Symbolisierung und ModellierungTeilchen-, Modell-, Symbolebene (TMS)

Mathematisierung

abstrakt

konkret

Phä

nom

enA

bstr

aktio

n

Zeit

Abstraktionsstufen

Synthese von Eisensulfid aus den Elementen

Entzündet man ein Gemenge aus Eisen- & Schwefelpulver mit einem glühenden Eisendraht, so entsteht eine Glühfront,

die sich langsam und ohne weitere Energiezufuhr durch das Gemisch hindurch bewegt.

Fe + S FeS

n(Fe) : n(S) = 1 : 1

Metallnadel,glühend

Fe/S-Pulver-Gemenge

Glühfront

schwarzes, porösesProdukt

abstrakt

konkret

Phä

nom

enA

bstr

aktio

n

Zeit

VerbrennungAbhängigkeit der Brenndauer vom Luftvolumen

Stülpt man über ein brennendes Teelicht Gläser unterschiedlicher Größe, dann brennt die Kerze nur für einige Zeit weiter und geht dann aus.

Die Brenndauer ist im großen Glas länger als im kleinen Glas.

Wachs + Luft VerbrennungsgaseKohlenwasserstoffe + Sauerstoff Kohlenstoffdioxid + Wasserdampf

C + O2 CO2 / „4 H“ + O2 2 H2O

„Je größer das Glasvolumen, desto länger brennt die Kerze“ (= Proportionalität!)V ~ t /

abstrakt

konkret

V (mL)

200 400 800

T (sec)

6 9 21

t

V

Phä

nom

enA

bstr

aktio

n

Zeit

Wirkung eines geladenen Glasstabs auf einen Wasserstrahl und auf einen Strahl Hexen.

Wasserstrahl Hexenstrahl

Hält man einen geladenen Glasstab an einen dünnen Wasserstrahl, so wird dieser abgelenkt.

Der Hexenstrahl verändert seine Richtung nicht.

Wasserstoffbrückenbindungen

Sauerstoff besitzt eine höhere Elektronegativität als Wasserstoff. Im Wassermolekül werden die bindenden Elektronen vom Sauerstoff stärker angezogen.

Das Sauerstoffatom erhält so eine negative und die Wasserstoffatome erhalteneine positive Partialladung Das Wassermolekül ist ein Dipol

abstrakt

konkret

Phän

omen

Abst

rakti

on

Zugabe eines Indikators zu einer Lösung führt unter Umständen zu einer Farbänderung.

Gibt man einen Säure-Base-Indikator in eine Lösung,so zeigt dieser durch seine Farbe an, ob die Lösung

sauer, neutral oder basisch ist.

abstrakt

konkret

Phä

nom

enA

bstr

aktio

n

Zeit

Henderson-Hasselbalch-Gleichung

Massenwirkungsgesetz

Indikator wird zu zwei verschiedenen Lösungen gegeben und es kommt jeweils zu einer charakteristischen Farbänderung.

Farbänderung

Darstellung einer Säure durch die Verbrennung eines Nichtmetalloxids. Das entstandene Oxid wird

mit Wasser aufgenommen und mit Indikator getestet

Verbrennt man Schwefel, so entsteht Schwefeldioxid. Leitet man dieses in Wasser (hier mit Bromthymolblau versetzt), bildet sich

Schweflige Säure und die saure Lösung verfärbt sich von grün nach gelb.

1) S + O2 SO2 (Verbrennung von Schwefel Schwefeldioxid entsteht)

2) SO2 + H2O H2SO3 (Schweflige Säure entsteht bei der Aufarbeitung mit Wasser)

Zu 1: S + O2 SO2 ∆HR = -297 kJ/mol

abstrakt

konkret

Phän

omen

Abst

rakti

on

Zeit

Wasser mit Bromthymolblau

brennender Schwefel

Schwefeldioxid in Wasser gelöst Bromthymolblau färbt sich gelb

abstrakt

konkret

Zeit

Mögliche Stufenfolge in der Primar- und Unterstufe

Phä

nom

enA

bstr

aktio

n

Leitfähigkeit einer Kochsalzlösung

abstrakt

konkret

Phän

omen

Abst

rakti

on

Zeit

Löst man Salze in Wasser, so dissoziieren sie in ihre Ionen. In der wässrigen Lösung liegen somit die Ionen als frei bewegliche Ladungsträger (Hydratisierte Anione und Kationen) vor und

vermögen so den elektrischen Strom zu leiten. Beim Anlegen einer Spannung leuchtet das Glühlämpchen folglich auf!

NaCl Na+ (aq) + Cl- (aq)

Kochsalz-Lsg.

Eine Mathematisierung ist an dieser Stelle wohl eher sinnfrei! Eine elektrochemische Betrachtung im tieferen Sinne würde zu weit führen!

U=15 V~

abstrakt

konkret

Zeit

Mögliche Stufenfolge in der Mittel- und Oberstufe

Phä

nom

enA

bstr

aktio

n

Landolt-Zeitreaktion in Abhängigkeit von der Temperatur

Erhöht man bei einer chemischen Reaktion die Temperatur, so sinkt die Reaktionszeit (RGT-Regel).

Dies erklärt die unterschiedlichen Zeitpunkte für den Farbumschlag nach blau!

abstrakt

konkret

Phän

omen

Abst

rakti

on

Zeit

Iodat-Lsg.

Sulfit-/Stärke-Lsg.

T1 T2

t1 t2

IO3- + 3 SO3

2- I- + 3 SO42-

5 I- + IO3- + 6 H30+ 3 I2 + 9 H2O

I2 + SO32- + 3 H2O 2 I- + SO4

2- + 2 H3O+

t

TT in°C T1 T2 Tn

t in s t1 t2 tn

Konkretes Beispiel

X Beispiele!

Induktiver Schluss

Regelfindung/Gesetzmäßigkeit

Theorie

allgemein

speziell

Gen

eral

isie

rung

Ein

zelfa

ll

Zeit

Generalisierungsstufen

Mg in HCl-Sre „auflösen“

Verschiedene unedle Metalle mit unterschiedlichen Säuren reagieren lassen

Metalle reagieren mit Säuren

Metalle (unedle) reagieren mit Säuren (ver.) zu Salz und Wasserstoff

Für die typischen Säurereaktionen sind die Oxonium-Ionen verantwortlich

allgemein

speziell

Gen

eral

isie

rung

Ein

zelfa

ll

Zeit

Generalisierungsstufen

Vereinigung eines Stoffes mit Sauerstoff

Abgabe von Elektronen

Erhöhung der Oxidationszahl

Rückkopplung der Oxidationszahlen mit demquantenmechanischen Atommodell

(Nebengruppenelemente)

Def

initi

onsu

mfa

ng:

hier

: O

xida

tion

Zeit

abstrakt

konkret

Definitionsstufen

(Übertragung der OZ auf die funktionelle Gruppenvon organischen Verbindungen)

Säuren sind Stoffe, die sauer schmecken, Indikatoren verfärben

und unedle Metalle unter H-Entwicklung zersetzen

Säuren sind Stoffe, die in wässeriger Lösung Protonen abspalten(ARRHENIUS)

Säuren sind Protonendonatoren(BROENSTED)

Säuren sind elektrophile Elektronenpaarakzeptoren(LEWIS)

Säure-Base-Reaktionen & Redox-Reaktionen sind Elementarteilchen-Übertragungen

Def

initi

onsu

mfa

ng:

hier

: S

äure

n

Zeit

abstrakt

konkret

Definitionsstufen

Oxidation ist eine Reaktion mit Sauerstoff

Oxidation ist eine Elektronen-Abgabe

Oxidation ist die Erhöhung der Oxidationszahl

Oxidationen sind immer an Reduktionen gekoppelt

Säure-Base-Reaktionen & Redox-Reaktionen sind Elementarteilchen-Übertragungen

Def

initi

onsu

mfa

ng:

hier

: O

xida

tion

Zeit

abstrakt

konkret

Definitionsstufen

Alle Stoffe bestehen aus kleinsten, nicht mehr weiter teilbaren Teilchen (Atom-M.: DEMOKRIT)

Jedes Element und jede Verbindungbesteht aus gleichen kleinsten Teilchen (Kugel-M.: DALTON)

Atome bestehen aus Protonen und Neutronen sowie Elektronen (Rosinenkuchen-M.: THOMSON)

Atome bestehen aus positiv geladenem Kernund negativ geladener Hülle (Kern-Hülle-M.: RUTHERFORD)

Die Atomhülle kann in definierteEnergieniveaus unterteilt werden (Schalen-M.: BOHR)

Def

initi

onsu

mfa

ng:

hier

: A

tom

bau

Zeit

In der Atomhülle besitzen Elektronenräumliche Aufenthaltswahrscheinlichkeiten

(Orbital-M.: PLANCK, SCHRÖDINGER, HEISENBERG)

abstrakt

konkret

Definitionsstufen

Kognitiven Konflikt spürenSchwierigkeiten erkennen

Strategie entwickeln

Vorwissen aktivieren, Übersicht gewinnen, Problem portionieren

Aufmerksamkeit ausrichtenLösbarkeit einschätzen

Lösungsweg vorwegnehmen

Problem lösenKompetenzzuwachs

spüren

Didaktik und Mathetik der Chemie LMU München Schema zur Planung einer Chemiestunde (Anton)

Klasse Datum Thema Stundentyp Neudurchn., Wh, Prüfungsvorber.

Ort

Feinzieleoperationalisiert

Artikula-tionenPhasen

Feininhaltevollständig

Methodeninkl. Experimente

Unterrichts-formenAktions-,

Sozialform

Medien

Zeit-strukturDauer in

Min.

Stundenziel Fachbegriffe (neu)LV, UG, Exp., Demo, Referat,

Stationenarbeit, Lernzirkel, Expertenpuzzle

Lehrer- vs. schülergeleitetKlasse, Abt., Gruppe (2,3,4,5), Einzelarb.

Tafel, OH, PPP, Film

Leistungskontrolle

Problem & Vorwissens-aktivierung

Fragenfindung & Methode

Fragenfindung & Methode

Beantwortung & Erkenntnis

Anwendung & Bedeutungs-extraktion

Wiederholung & Festigung

Artikulationsschema