Ludwig-Maximilians-Universität München „Denken in … · Abteilung Didaktik und Mathetik der...

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

„Man sollte alle Dinge so einfach wie möglich mache n

... aber nicht einfacher.“

(Albert Einstein)

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


2.1 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


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.


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.


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“


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.


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


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


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.


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.


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.


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.


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


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).


30

Abb. 2.3-5: Aufgaben zum Modellfilm zum Thema Schme lzen


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).


32

Abb. 2.3-6: Vorwissenstest


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


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-


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-


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.


37

Abb. 2.5-4: Test 1 zum Thema Schmelzen


38

Abb. 2.5-5: Test 2 zum Thema Lösen


39

Abb. 2.5-6: Test 3 zum Thema Verbrennen


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.


41

Abb. 2.5-7: Test 4 zur Entstehung des Theaterblutes


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.


43

Abb. 2.5-8: Präferenztest


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.


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.


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.


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


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.


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:


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


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




X

Bild 3

Phänomen gezeichnet (Dampf) X




X

Frage 3a) weiche Butter

Phänomenologische Argumentation (Butter-block)

X


52


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



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


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“


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.


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


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


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


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.


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.


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


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


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


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

111

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:


verhalten.

• die Begriffe Schmelzen, Sieden, Erstarren und Kondensieren richtig benutzen

können.

3 Ergebnisse

113

• Sublimation und Resublimation an Beispielen des Alltag erklären können.


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


Rollenspiel

Modellexperiment

AB 2


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

114

3 Ergebnisse

115

3 Ergebnisse

116

3 Ergebnisse

117

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.


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



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

120

3 Ergebnisse

121

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


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



Modellexperiment

Ausfüllen d. AB 4 im


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

124

3 Ergebnisse

125

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


• 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


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



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

128

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


• 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


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


Modellfilm

Hefteintrag 2


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

3 Ergebnisse

131

3 Ergebnisse

132

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.


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

BARKE, H.-D. (2006). Chemiedidaktik. Diagnose und Korrektur von Schülervorstellungen. Springer-Verlag, Berlin Heidelberg.

BARKE, H.-D. (2001). Der „horror vacui“ in den Vorstellungen zum Teilchenkonzept. In:

Barke, H.-D., Harsch, G. Chemiedidaktik Heute. Lernprozesse in Theorie und Praxis, Heidelberg

BARKER, V (2000). Beyond Appearences: Student’s misconceptions about basic chemical

ideas. London. BAUMGARTNER, P. (1997). Didaktische Anforderungen an (multimediale) Lernsoftware. In: L.

J. Issing, P. Klimsa (Hrsg.). Informationen und Lernen in Multimedia. Psychologie Verlags Union, Weinheim.

BIEBERBACH, M. (2006). Artikulationsmodell. In: Skriptum für fachdidaktische Übungen in

Biologie. Abteilung Didaktik der Biologie der Ludwig-Maximilians-Universität, München.

BROOKS, A., BRIGGS, H. AND DRIVER, R. (1984). Aspects of Seconary Students’

Understanding of the Particulate Natur of Matter. Children’s Learning in Science Project. Centre for Studies in Science and Mathematics Education, the University of Leeds.

BRUNER, J. (1996) The Narrative Construal of Reality. In: Bruner, J. The Culture of

Education. 2. Aufl. Harvard University Press, Cambridge/Mass. DEIßENBERGER, H.(2006). Natürlich! Chemie 8NTG. C.C. Buchners Verlag, Bamberg. DUIT, R. (1995) Vorstelllungen und lernen von Physik und Chemie. In: PLUS LUCIS 2/95,

11-18 DRIVER, R. ET AL, (1985) Children’s Ideas in Science. Open University Press, Buckingham. FLADT, R. (1984). Kurskorrektur im Chemieunterricht. Dargestellt an der an der Einführung

und Anwendung des Teilchemodells in der Sekundarstufe I. In: MNU 37, 354 GATTERMAN, T. ET AL. (2003). Natur und Technik 5. Cornelsen Verlag, Berlin. HABELITZ-TKOTZ, W. (2006). Alles Teilchen – oder was?. In: Unterricht Chemie, 17/2006, Nr.

94/95, 20-25

HEIMANN, P., SCHULZ, W., OTTO, G. (1965). Unterricht – Analyse und Planung. Schrödel, Hannover.

HERBART, J. F. (1906). Allgemeine Pädagogik. In: Seibert, N., Serve, H. J., Zöpfl, H. (1990).

Schulpädagogik. PimS-Verlag, München.

6 Literatur

152

KANDLER, M. (2002). Lernsoftware aus der Sicht von Schülerinnen und Schülern. Peter Lang Verlag, Frankfurt am Main.

KÖSEL, E. (1973). Sozialformen des Unterrichts. Ravensburger Buchverlag. LASSWITZ, K. (1890). Geschichte der Atomistik. Bände 1 und 2. Voss-Verlag, Hamburg. LEWALTER, D. (1997). Lernen mit Bildern und Animationen.. In: Rost, D.H. (Hrsg.)

Pädagogische Psychologie und Entwicklungspsychologie. Waxmann, Münster MAHRIN, B. (2000). Multimedia in der beruflichen Bildung – Intentionen und Varianten. In

Hendricks, W. (Hrsg.). Neue Medien in der Sekundarstufe I und II: Didaktik und Unterrichtspraxis. Cornelsen Scriptor, Berlin.

MANDLER, J. M. (1984). Stories, Scripts and Scenes. Aspects of Schema Theory. Hillsdale,

NJ. Lawrinenee Erlbaum. MANNß, J., MÖLLERING, H., ZABEL, J. (2005). Chemie sinngebend verstehen. In: Chemica

Didactica Nr. 96/ 2005, 62-104 MAYER, R. E. (1997). Multimedia learning: Are we asking the right questions? In:

Educational Psychologist, 31, 151-161 MAYER, R. E. (2001). Multimedia learning. Cambridge University Press, Cambridge. MIKELSKIS-SEIFERT, S., LEISNER, S. (2003) Grundlagen schaffen im Modelldenken – über

Teilchenmodelle lernen in einer Projektwoche. In: Chimica didatica. 29, (3/Nr.92) 97-121

MORENO, R., MAYER, R. E. (2000). Engaging students in active learning: The case for

personalized mulimedia messages. In: Journal of Educational Psychology, 92(4), 724-733

NAKHLEH, M. (1992). Why some students don’t lern chemistry. In: Journal of Chemical

Education Vol. 69 No. 3 1992, 191-196 NICK, S., UHRHAHNE, D. (2004). Helfen 3D-Simulationen beim Lernen mit CHEMnet? In:

CHEMkon 2004, 11, Nr. 1 NIEGEMANN, M. H., HESSEL, S., HOCHSCHEID-MAUEL, D., ASLANSKI, K., DEIMANN, M.,

KREUZBERGER, G. (2004). Kompendium E-Learning. Springer Verlag, Berlin Heidelberg.

NIESWANDT, M. (2001). Von Alltagsvorstellungen zu wissenschaftlichen Konzepten:

Lernwege von Schülerinnen und Schülern im einführenden Chemieunterricht. In: Zeitschrift für Didaktik der Naturwissenschaften; Jg. 7, 2001, 33-52

NOVICK, S. AND NUSSBAUM, J. (1978). Junior high school pupils’ understanding of the

particulate nature of matter: An interview study. In: Science Education, 65(2), 187-196

6 Literatur

153

PAECHTER, M. (1997). Auditive und visuelle Texte in Lernsoftware. In: Unterrichs-wissenschaft, 25, 223-240

PAIVIO, A. (1971). Imagery and verbal processes. Holt, Rinehart and Winston, New York. PETERßEN, W. H. (1998). Handbuch Unterrichtsplanung. Oldenbourg Verlag, München. PFEIFER P., LUTZ B., BADER, H.-J. (2002). Konkrete Fachdidaktik Chemie. Oldenbourg

Schulbuchverlag, München. PÜTTSCHNEIDER, M., LÜCK, G. (2004). Die Rolle des Animismus bei der Vermittlung

chemischer Sachverhalte. In: Chemkon 2004, 11, Nr. 4, 167-173 RIEBER, L. P. (1989). The effects of computer animated elaboration strategies and practice

on factiual and application learning in an elementary science lesson. In: Journal Of Educational Computing Research, 5, 431-444.

RIEBER, L. P., BOYCE, M. J., ASSAD, C. (1990). The effects of computer animation on adult

learning and retrieval tasks. In: Journal Of Computer Based Instruction, 17, 46-52. RIEBER, L. P., KINI, A. S. (1991). Theoretical foundations of instructional applications of

computer-generated animated visuals. In: Journal Of Computer Based Instructions, 18, 83-88.

ROER, W. & BÖRNER, B. (1993). Die geheimnisvolle Welt der kleinen Teilchen. In:

Naturwissenschaften im Unterricht-Physik, 17, 4, 31-36 SALOMON, G. (1979). Interaction of media, cognition, and learning. Jossey-Bass, San

Francisco. SCHANZE, S., NICK, S., URHAHNE, D. (2002) Computervisualisierung als lernförderndes Mittel

in der Chemieausbildung In: Pitton, A. (Hrsg.). Außerschulisches Lernen in Physik und Chemie. Gesellschaft für Didaktik der Chemie und Physik.

SCHELS, J. (2007). „Denken in Modellen“ - Auswertung der Voruntersuchung.

Zulassungsarbeit in der Abteilung Didaktik der Chemie der Ludwig-Maximilians-Universität, München. (in Bearbeitung)

SCHRÖDER, H. (2000). Lernen – Lehren – Unterricht. Lernpsychologische und

didaktische Grundlagen. Oldenbourg, München. S.161-216 SOMMER, B. (2006). Elemente Chemie 8. Klett Verlag, Stuttgart.

STAVY, R. (1988). Childrens' Conception of Gas. In: International Journal of Science

Education. 10, 553-560 STEFFENSKY, M., PARCHMANN, I., SCHMIDT, S. (2005). Alltagsvorstellungen und chemische

Erklärungskonzepte. In: Chemie in unserer Zeit, 2005. 39. 274-278 STEINBUCH, H. (1977). Denken in Modellen. In: Schäfer, G. u. A. Denken in Modellen.

Westermann, Braunschweig.

6 Literatur

154

SUMFLETH, E., HOLLSTEIN, A. (2005). Lernen mit selbstkonstruierten Simulationen im

Themenbereich Kugelteilchenmodell. In: MNU 58/6 (1.9.2005) 350-357 URHAHNE, D. ET AL. (2000). Computereinsatz im naturwissenschaftlichen Unterricht. In

Zeitschrift für Didaktik der Naturwissenschaften; Jg. 6, 2000, 157-186 WAGENSCHEIN, M. (1965). Die pädagogische Dimension der Physik. Braunschweig S. 55 WATTS, M., BENTLEY, D. (1994). Humanizing and feminising in school science: Reviving

anthropomorphic and animistic thinking in constructive science education. In: International Journal of Science Education. 16/1 96.

YEZIERSKI, E., BIRK, J. (2006). Misconceptions about the particulate nature of matter. In:

Journal of Chemical Education Vol. 83 No. 6 2006, 954-960 Internetseiten: DIHYDROGEN MONOXID ORGANISATION, Forschungsergebnisse: http://www.dhmo.de/research.html (15.02.2007) KULTUSMINISTERKONFERENZ, Bildungsstandards im Fach Chemie:

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


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


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“


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


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


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

8 Anhang

164

8 Anhang

165

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