Fach Chemie
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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.
The main research aim of this Ph-D thesis is to develop students�understanding of the nature of science on the background of Alexander von Humboldt's legacy for Grade 5 and Grade 6 classrooms in Baden-Württemberg schools. The Ph-D research questions are: 1.What conceptions do students of the age group 10-12 regarding the nature of science hold? 2.Does students� understanding of science change as a result of discovery-based science activities taken from Alexander von Humboldt� scientific observations during his expedition to Latin America between 1799-1804? If yes, in what way? This was done by: 1.Gathering background information about students� images of scientists and how they work. 2.Designing the most appropriate learning environment for improving their understanding of science. At the beginning of the intervention study, Humboldt�s life was used as a stimulus of student�s thoughts about science at. Students were put in the same situation of a scientist: posing a question about a theme of their interest, designing and realizing an experiment in order to satisfy their curiosity. By doing so, students� understandings of the construction of scientific knowledge would be improved. After a preliminary study between June and July 2002 at the Bammental Gymnasium, a case study took place from March till July 2003 at the Realschule Linkenheim for students of Grade 5. Students� epistemologies about science and scientists at the Realschule Linkenheim were collected by using the current trends in science education research: pre- and post-questionnaires, classroom observation, pre- and post- interviews, the Draw-A-Scientist-Task and portfolio work. This intervention study was realized in 26 school sessions and all the work sessions were also video taped. Students� views about their actual nature of science aspects were characterized and coded using a framework drawing on the following areas: characteristics of scientists, history of science and the epistemology about science and scientists. Finally, students were asked to write about their learning process by using portfolios. As to the recommendations: This study suggests that in order to develop some aspects of the nature of science, students need a free space at school to realize hands-on inquiry and a trained teacher who can translate to his students besides content knowledge, the nature of knowledge and the historical evolution of scientific knowledge.
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.
Schulbücher für die Naturwissenschaften besitzen eine hohe Relevanz für die Unterrichtsvorbereitung der Lehrkräfte und den Unterricht selbst. Weiter wird das Schulbuch als wichtige Unterstützung bei Bildungsreformen genannt. Bislang fehlen im deutschsprachigen Raum jedoch empirische Studien zur Erstellung oder Beurteilung kompetenzorientierter Schulbücher. Dies ist insbesondere für die Bildungsreform in der Schweiz gravierend, weil kompetenzorientierte Schulbücher in den Naturwissenschaften fehlen. Um diese „Forschungslücke“ zu schmälern, werden in dieser Dissertation folgende Fragen untersucht: 1. Welchen „Standards“ soll ein kompetenzorientiertes Schulbuch der Naturwissenschaften für die Grundschule bzw. für die Sekundarschule genügen? 2. Welche unterschiedlichen Ansprüche an kompetenzorientierte Schulbücher bestehen zwischen Grund- und Sekundarschullehrkräften auf der einen Seite und Didaktikdozierenden der Naturwissenschaften auf der anderen Seite? 3. Wie hängen die Variablen „Einstellung zur Kompetenzorientierung“, „die Eigenständigkeit förderndes Lehr-/Lernverständnis“, „Profession“ und die Kontrollvariablen „Alter“ und „Geschlecht“ mit unterschiedlichen „kompetenzorientierten Schulbuchaspekten“ zusammen? Zur Beantwortung dieser Fragen wurde ein Mixed-Methods Design gewählt. In einem ersten Schritt diente eine qualitative Expertenbefragung der Entwicklung „vorläufiger Standards“ für kompetenzorientierte Schulbücher. Die 40 Experten waren in der Lehrmittelerstellung, im Schuldienst oder in der Ausbildung von Lehrkräften für Naturwissenschaften tätig. Die „vorläufigen Standards“ wurden dreifach validiert und dienten der Item-Erstellung des quantitativen Fragebogens. Durch diesen Fragebogen wurden 126 kompetenzorientierte Schulbuchstandards nach ihrer Relevanz gewichtet. An der Befragung nahmen 178 Grundschullehrkräfte (4.-6. Jahrgangsstufe), 171 Sekundarschullehrkräfte (7.-9. Jahrgangsstufe) und 44 Didaktikdozierende der Naturwissenschaften (Gesamterhebung) aus der gesamten Deutschschweiz teil. Teststatistische Verfahren dienten der Auswertung. Als Antwort auf die erste Fragestellung entstanden empirisch gewichtete „Standards“ für kompetenzorientierte Schulbücher. Es sind 77 für die Grundschule und 74 für die Sekundarstufe I. Diese bilden zusammen mit allgemeinen Schulbuchkriterien das kompetenzorientierte Schulbuchraster (KOS). Es dient der Beurteilung kompetenz-orientierter Schulbücher und unterstützt Autorinnen und Autoren bei dessen Erstellung. Die Ergebnisse zur zweiten Fragestellung zeigen auf, dass Didaktikdozierende fachdidaktische Schulbuchaspekte höher gewichten als beide Lehrpersonengruppen, während diese methodische Aspekte höher bewerten als Didaktikdozierende. Die dritte Frage kann folgendermaßen beantwortet werden: Eine positive „Einstellung zur Kompetenzorientierung“ hat eine hohe Gewichtung „kompetenzorientierter Schulbuch-aspekte“ zu Folge. Dabei gewichten Didaktikdozierende die „Einstellung zur Kompetenz-orientierung“ höher als Lehrkräfte. Zudem hat ein „die Eigenständigkeit förderndes Lehr-/ Lernverständnis“ einen positiven Einfluss auf die „Einstellung zur Kompetenzorientierung“. Weiter bewerten Frauen „Lehrpersoneninformationen und Literaturhinweise“ sowie „Lehrpersonenunterlagen zum kompetenzorientierten Lehren“ höher als Männer. Aufgrund der Ergebnisse der zweiten und dritten Fragestellung wird es sich lohnen, bei der Schulbucherstellung und der Implementierung der Bildungsreform Lehrkräfte und Didaktikdozierende zu involvieren sowie weitere Perspektiven zu berücksichtigen. Dazu gehören das „Lehr-/Lernverständnis“ und die „Einstellung zur Kompetenzorientierung“.