Dr. Max MustermannReferat Kommunikation & Marketing Verwaltung

Schülerzentriertes Experimentieren als effizienter und flexibler Weg der Unterrichtsgestaltung

Prof. Dr. Oliver Tepner

Regensburg, 01.10.2014

2. Thementag Theorie‐Praxis, 01.10.2014 2

Gliederung

• Theoretische Verortung des Stoffbereichs• Vorstellung der Materialien• experimentelle Arbeitsphase• Reflexion

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Einordnung des Stoffbereichs ‚Säure-Base‘ in die Lehrpläne BayernsGrundschule, Heimat und Sachunterricht, Klassen 1 & 2: 2.2.5

Nährstoffe: • Einige Inhaltsstoffe in Nahrungsmitteln herausfinden

Mittelschule, 8. Klasse: 8.4.1 Säuren und Laugen• Säuren (Säurelösungen) und Laugen aus dem Erfahrungsbereich

der Schüler, z. B. im Haushalt;• sachgemäßer Umgang, sicheres Experimentieren; Gefahren und

Gefahrensymbole• Nachweisen von Säuren und Laugen; pH-Wert

Realschule, 9. Klasse: Ch 9.3 Säuren und Basen• Säurelösungen und Laugen: Eigenschaften und sachgerechte

Handhabung• Neutralisationsreaktionen• Bedeutung des pH-Werts

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Einordnung des Stoffbereichs ‚Säure-Base‘ in die Lehrpläne BayernsNTG, 9. Klasse: 9.4 ProtonenübergängeSG, MuG, WSG, 10. Klasse: C 10.2 Protonenübergänge

Aber implizit bereits z. B. in Klasse 8: „In der Jahrgangsstufe 8 erwerben die Schüler folgendes Grundwissen“:

• Die Schüler können Stoffe aufgrund wichtiger Kenneigenschaften ordnen.

• Sie haben eine grundlegende Vorstellung vom Weg der naturwissenschaftlichen Erkenntnisgewinnung.

• Sie können einfache Experimente sicherheitsgerecht durchführen, protokollieren und auswerten.

Schwerpunktverschiebung: Experimenteller Erkenntnisgewinnungsprozess am Bsp. von Säure-Base, um mehrere Kompetenzbereiche zu berücksichtigen (Fachwissen, Erkenntnisgewinnung, Kommunikation, Bewerten)?

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• Experimentieren als Bildungsziel explizit in Kompetenz-formulierungen der NBS berücksichtigt (KMK, 2005)

• „Die Kompetenzen werden so konkret beschrieben, dass sie in Aufgabenstellungen umgesetzt und prinzipiell mit Hilfe von Testverfahren erfasst werden können.“ (Klieme et al., 2003; Nachdruck 2009, S. 9)

• „Yet, if practical skills and abilities are important in theteaching and learning of science, they must be incorporated in the assessment of learning outcomes.“ (Lunetta, 1998, S. 257)

Legitimation des Experimenteinsatzes –Bildungsgut ‚Experiment‘

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• Schülerversuche effektiver als Lehrerversuche (Weltner, 1969)

• Steigerung der Effektivität durch prägnanteExperimentalaufbauten (Schmidkunz & Büttner, 1990)

• einfache Experimente: effektive Lernhilfe

Aber auch:• Experimente nicht effektiver als andere Methoden (Hofstein &

Lunetta, 1982; Nümann, 1985)

• SuS können sich oft bereits nach einem Monat nicht mehr an das Experiment erinnern (Kaiser, 1999)

• Insgesamt: keine einheitlichen allgemeinen Befunde zurEffektivität des Experimenteinsatzes im Unterricht (hängt von konkreter Umsetzung ab)

Legitimation des Experimenteinsatzes –Forschungsergebnisse

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Legitimation des Experimenteinsatzes –Motivation

Gründe für Schülerinnen und Schüler zu behaupten sie mögen praktisches Arbeiten (Abrahams, 2005, S. 272):• weil es Spaß macht• weil man etwas tut• es ist weniger langweilig als zu schreiben

Praktisches Arbeiten wird in Relation zu anderen Aktivitäten, mit denen Schreiben assoziiert wird, bevorzugt (Hodson, 1990)

absolut

relativ

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• Experimente haben generell einen motivierenden Effekt (Ben-Zvi et al., 1976; Hofstein & Lunetta ,1982)

• konkretisieren Inhalte und haben als kollaborativeOrganisationsform einen besonders motivierenden Effekt auf socially motivated students (Hofstein & Kempa, 1985)

• Experimente haben nicht auf alle SuS die gleiche motivierende Wirkung (Kempa & Diaz, 1990)

Legitimation des Experimenteinsatzes –Motivation

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• Experimente sind ein wichtiges Medium um die Ansichten, das Interesse und den Spaß an Naturwissenschaften sowie die Motivation zu fördern, naturwissenschaftliches Fachwissen, im Speziellen der Chemie, zu erwerben (z. B.

Freedman,1997; Thompson & Soyibo, 2002).

• Soziale Kontexte, die die Bedürfnisse nach Kompetenz, Autonomie und positiver Abhängigkeit unterstützen…

• steigern die intrinsische Motivation,• fördern die Internalisierung und Integration extrinsischer Motivation,• stärken den Wunsch nach Zielen. (Deci & Ryan, 2000)

Legitimation des Experimenteinsatzes –Motivation

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Gliederung

Wichtiger Unterpunkt:

Wandel des Experimenteinsatzes

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Von den imitatorischen Experimentier-Übungen …„To them [i.e. students], experimentation consists of simply

trying things out. Their view of the goal is to reproducethe bubbling phenomena rather than identifying what ingredients are necessary.” (Carey, 1989: 518)

„To many students, a ‚lab‘ means manipulating equipmentbut not manipulating ideas. […] students too often workedas technicians following ‚cook-book‘ recipes in which theyused lower-level skills […]“ (Lunetta, 1998: 250f)

Wandel des Experimenteinsatzes

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… zum selbstregulierten ExperimentierenExperimentieren im Inquiry-Ansatz beeinflusst die Haltung

von Lernenden stärker positiv als Bestätigungsexperimente (Kipnis & Hofstein, 2002)

“By offering a genuine, unvarnished scientific experience, a lab course can make a student into a better observer, a more careful and precise thinker, and a more deliberative problem solver. And that is what education is all about.” (Pickering 1980) vgl. Kompetenzgedanke Weinerts(2001)

„We now understand that teachers must sequence complexideas and experiences (scaffolding) in ways that enablestudents to engage meaningfully in these [lab] activities. (Lunetta, Hofstein & Clough, 2007, S. 406)

Wandel des Experimenteinsatzes

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Ergebnisse von Unterrichtsbeobachtungen

Unterricht speziell in Chemie und Physik• ist ergebnisorientiert und nicht lernprozessorientiert

Betonen der Lernprozessorientierung• wird vom Lehrer dominiert, der das Gespräch durch enge

Fragen leitet, die nur sehr kurze Antworten erfordern• berücksichtigt kaum Schülervorstellungen und führt deshalb

nicht zu einer kontinuierlichen Wissensentwicklung Ermutigen zu fachbezogener Kommunikation

• beinhaltet oftmals ungeeignete Aufgaben und Experimente Unterstützen beim selbstständigen Problemlösen

• bewirkt schwache Ergebnisse in Interessensstudien Berücksichtigung von Aspekten der Interessenentwicklung

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Wandel des Experimenteinsatzes –Unterrichtsskripte

• Problem: Überwiegend lehrerzentriertes Unterrichten• Demonstration eines Phänomens oder Problems• Formulieren einer Hypothese, für deren Überprüfung ein

Experiment bereits vorbereitet ist• Verifizieren der Hypothese durch genau dieses Experiment• Festhalten der Ergebnisse an der Tafel und Abschreiben

dieser Ergebnisse durch die Schüler• Weitere Fragen und Anwendungsbeispiele

• Lösung: Offene Lernumgebungen?• Aber offene Lernumgebungen sind häufig wenig effektiv

mit Blick auf Zeitökonomie und Lernwirksamkeit

Suche nach einer angemessenen Balance zwischenInstruktion und Konstruktion in Lernumgebungen

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Gliederung

• Theoretische Verortung des Stoffbereichs• Vorstellung der Materialien• experimentelle Arbeitsphase• Reflexion

Wandel des Experimenteinsatzes -Unterrichten mit Interaktionsboxen

• Hypothesenbildung und Experimententwicklung ohne Vorgabe von Versuchsvorschriften –Förderung von Interesse / Motivation / Kompetenz-erleben

• Repräsentation fachlich falscher Vorstellungen –Lernprozessbetonung

• Initiierung sachbezogener Kommunikation – Förderung der Kommunikations- und Kooperationsfähigkeit

Instruktionale Hinweise

Versuchs‐materialien

Aufgabenstellung

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• Experimentelle Kleingruppenarbeit

• in 4er-Gruppen

• Interaktionsboxen

• experimentelle Problemlöseaufgaben

Kleingruppenarbeit zum Thema Säure-Base

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Stunde – Inhalt - UmsetzungStunde Inhalt Umsetzung1 Gruppierung von Lösungen anhand ihrer 

Eigenschaften, Einführung der Begriffe sauer und basisch, Indikator

Schüler gruppieren verschiedene Lösungen zunächst nach eigenen Kriterien, danach mit Hilfe von Bromthymolblau und Rotkohlsaft

2 Einführung der pH‐Wertes als Maß für den sauren oder basischen Charakter einer Lösung

Schüler untersuchen dieLösungen aus der ersten Stundemit pH‐Teststäbchen

3 Einführung der pH‐Skala (auf Phänomenebene), Neutralisation

SuS neutralisieren Natronlauge (pH 12 & 13) mit Hilfe von Einwegspritzen

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Strukturierungshilfe

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Strukturierungstraining• zu Beginn der ersten drei Kleingruppenphasen• á 20-30 Minuten• beispielbasierte Texte und verschiedene Aufgaben

1. TrainingAufbau des Flussdiagramms

2. Training: Wiederholung Training IPassung Idee/Experiment

3. Training Wiederholung Training IIFeedbacksensibilisierungBeobachtung/Schlussfolgerung

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Berücksichtigung von Schülerfehlvorstellungen

Folgende Schülerfehlvorstellungen können in Experimentierboxen umgesetzt und falsifiziert werden:

• nur Säuren sind gefährlich und Basen nicht• pH-Wert ist Maß für die Gefährlichkeit von Säuren• Säuren haben einen hohen pH-Wert• saure Lösungen können mit neutralen Lösungen neutralisiert

werden• saure Lösungen können mit süßen Lösungen neutralisiert

werden

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Aufgaben

1. Bitte bearbeiten Sie als 4er GA jeweils beide Interaktionsboxen zum Stoffbereich ‚Säure-Base‘. (Stunden 1/2 und 3)

2. Notieren Sie dabei bitte stichpunktartig Vor- und Nachteile des vorgestellten Konzepts.

3. Welche Ergänzungen/Hilfen würden Sie Ihren Schülern in der Schule geben?

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Download Materialien

Die verwendeten Materialien lassen sich unter folgendem Link herunterladen:

https://www.uni-due.de/imperia/md/content/chemiedidaktik/ag-sumfleth/lehrerheft_2012_saeure_base.pdf

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Vielen Dank…

für Ihre Aufmerksamkeit!