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Der Ausgangspunkt dieser Dissertation ist die Problematik des Nicht-Anknüpfen-Könnens des naturwissenschaftlichen Unterrichts an die Gedankenwelt der Jugendlichen. Die Intention dieser Arbeit ist die Suche nach der Möglichkeit einer Unterrichtsverbesserung, mit dem Ziel, das individuelle Verstehen der einzelnen Schülerinnen und Schüler zunehmend zu fördern. Diese Intention wird in der folgenden, zentralen Frage zusammengefasst: Wie kann den Schülerinnen und Schülern in der Regelschule, das heißt innerhalb des normalen Chemieunterrichts, zu einem Vertieften Verstehen von Chemie verholfen werden? Das Theoretische Fundament bildet die Wagenscheindidaktik, die erklärtermaßen das WIRKLICHE Verstehen naturwissenschaftlicher Phänomene als zentrales Anliegen hat. Bei der theoretischen Reflexion wird die Trias: das genetische Prinzip, die sokratische Methode und das exemplarische Prinzip, und auch die weiteren Räume der Wagenscheindidaktik, die weniger die Unterrichtsmethode als vielmehr den individuellen beziehungsweise den kollektiven genetischen Lernprozess näher charakterisieren, nämlich die Verdichtung, die Initiation sowie die beiden mit den von Simone Weil übernommen Begriffen beschriebenen Räume Einwurzelung und Aufmerksamkeit anhand der Originalliteratur detailliert beschrieben. Der für die Arbeit zentrale Begriff des Verstehens wird auf der Grundlage der Husserlschen Phänomenologie als besondere Qualität der Erkenntnis aufgefasst und Vertieftes Verstehen wird so zum pädagogischen Fachbegriff. Kernstück des anschließenden empirischen Teils bildet die Konzipierung, die Durchführung und die Evaluation eines Unterrichtsversuchs zum Thema Chemische Reaktion in zwei achten Klassen. In dieser Unterrichtssequenz wurden unter Verzicht auf Einführung eines anschaulichen Teilchenmodells die phänomenographischen Kategorien des Begriffes chemische Reaktion der Schülerinnen herausgearbeitet, um dadurch die Bedingungen der Möglichkeiten eines Lernprozesses, der ein Vertieftes Verstehen zum Ziel hat, auszuloten. Ergebnis der Untersuchung ist die Evaluation des Unterrichts mithilfe einer Qualitativen Inhaltsanalyse und die individuellen und kollektiven Lernwege aus den beiden achten Klassen. Damit ergibt sich für die interviewten Schülerinnen und Schüler jeweils eine individuelle Einordnung ihres Verstehensprozesses in das Wagenscheinsche System der Rangstufen, verbunden mit den jeweils bei ihrem Lernprozess gefundenen Kompetenzen. Die Kartierungen der Denkwege beim Erlernen des Begriffs der chemischen Reaktion erbringen einen Beitrag zur phänomenographischen Untersuchung von Verstehensprozessen im Bereich der Chemie. Im dritten Teil der Untersuchung wurde der Blick auf den Professionalisierungsprozess des Autors als Lehrer gewendet. Dazu wurde ein Teil der Unterrichtsequenz ein Jahr später in einer reflektierten und verdichteten Form in einer anderen achten Klasse wiederholt und mithilfe einer Qualitativen Inhaltsanalyse evaluiert.
In der Arbeit wird ein kognitionspsychologisches Modell des Lernprozesses zum Erwerb des Teilchenmodells der Stoffe im Anfangsunterricht der Chemie vorgestellt. Nach einer Sichtung der Fachliteratur werden für den ersten Unterricht über das Teilchenmodell drei Phänomene des Verhaltens von Gasen ausgewählt, die durch das Verhalten ihrer (angenommenen) kleinsten Teilchen erklärt werden sollen. Das Ergebnis von formalen Aufgabenanalysen dieser drei Erklärungsaufgaben zeigt, welche Wissenselemente benötigt werden, um sie im Rahmen des Lehrplanwissens des Anfangsunterrichts zu lösen. Auf dem Hintergrund der Forschungsliteratur zu Alltagskonzepten und den Ergebnissen der Aufgabenanalyse wird ein analogiebasierter Lernprozess vorgeschlagen, mit dem das für Erklärungs- und Prognoseaufgaben notwendige Wissen über das Teilchenmodell erworben werden kann. Als unterrichtspraktische Konsequenz und als Hilfsmittel für empirische Untersuchungen wird ein computerbasiertes Konstruktionsprogramm vorgestellt, mit dem Schülerinnen und Schüler eigene dynamische Teilchenmodelle zur Erklärung einfacher Stoffphänomene modellieren können. Danach explorieren und überprüfen drei empirische Untersuchungen den analogiebasierten Erwerbsprozess bezüglich verschiedener Einflussfaktoren und bezüglich der Lernwirksamkeit der Konstruktionsumgebung. Nachfolgend wird eine kognitive Simulation des Lernprozesses und der Testaufgabenlösung der letzten empirischen Studie zur Erzeugung und dem Gebrauch von Analogien mit dem Modell ACME (Verbindung von Analogiequelle und -ziel, Holyoak & Thagard, 1989) und dem Modell ECHO (zur Generierung von Erklärungen mithilfe der gefundenen Analogien, Thagard, 1989) vorgestellt. Die Simulationsläufe auf dem Rechner können die prototypischen Lernverläufe dieser Untersuchung nachbilden. Zum Schluss wird das entwickelte Lernprozessmodell und seine Anwendung im Unterricht kritisch mit anderen fachdidaktischen Ansätzen zum Erlernen des Teilchenmodells verglichen.