Chemie Im Kontext Am Beispiel Der Ozeane
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Didaktische Rekonstruktion des Basiskonzepts ´Stoff-Teilchen´ für den Anfangsunterricht nach Chemie im Kontext Der Fakultät für Mathematik und Naturwissenschaften der Carl von Ossietzky Universität Oldenburg zur Erlangung des Grades und Titels eines Doktors der Naturwissenschaften (Dr. phil.) angenommene Dissertation von Silvia Schmidt geboren am 2. November 1971 in Lingen/Ems Gutachterin: Prof. Dr. Ilka Parchmann Zweitgutachter: Prof. Dr. Reinhard Demuth Tag der Disputation: 19.4.2010 _____________________________________________________________Inhalt und Vorwort Inhaltsübersicht EINLEITUNG 6 DAS STOFF-TEILCHENKONZEPT IN DER WISSENSCHAFT UND IN DER 11 SCHULE - DIE FACHLICHE KLÄRUNG SCHÜLERVORSTELLUNGEN ZUM STOFF-TEILCHENKONZEPT 39 DIE DIDAKTISCHE INHALTSSTRUKTURIERUNG 73 DIE DIDAKTISCHE STRUKTURIERUNG: ENTWICKLUNG VON 93 UNTERRICHTSELEMENTEN DIE EMPIRISCHE UNTERSUCHUNG 139 DER ERTRAG DES VORHABENS 264 AUSBLICK AUF NEUE AUFGABEN 290 ZUSAMMENFASSUNG 291 ABSTRACT 294 VERZEICHNISSE 297 ANHANG UND FORMALIEN > 312 1 _____________________________________________________________Inhalt und Vorwort Ausführliches Inhaltsverzeichnis Inhaltsübersicht ................................................................................................................. 1 Ausführliches Inhaltsverzeichnis........................................................................................ 2 Vorwort.............................................................................................................................. 5 1. Einleitung.............................................................................................................. 6 2. Das Stoff-Teilchenkonzept in der Wissenschaft und in der Schule – die Fachliche Klärung................................................................................................................ 11 2.1. Das Stoff-Teilchenkonzept in der Wissenschaft und der Fachdidaktik................. 12 2.2. Das Stoff-Teilchenkonzept in den curricularen Vorgaben der naturwissenschaftlichen Fächer.......................................................................... 32 3. Schülervorstellungen zum Stoff-Teilchenkonzept ............................................... 39 3.1. Begriffsverständnis ............................................................................................ 39 3.2. Ursache von Vorstellungen und Konzepten ....................................................... 42 3.3. Kategoriensysteme der Schülervorstellungen ..................................................... 44 3.3.1. Vorstellungen zu Stoffen und zum Aufbau von Stoffen aus Teilchen: Das Kategoriensystem I......................................................................................... 46 3.3.2. Vorstellungen über chemische Reaktionen: Das Kategoriensystem II.............. 59 3.3.3. Zusammenstellung beider Kategoriensysteme ................................................ 71 4. Die didaktische Inhaltsstrukturierung ................................................................. 73 4.1. Einführung........................................................................................................ 73 4.2. Das Basiskonzept Stoff-Teilchen als didaktische Inhaltsstrukturierung................. 77 4.2.1. Dinge, Stoffe und Stoffeigenschaften............................................................. 78 4.2.2. Perspektivwechsel Ebene 1 und 2: Der Bau der Stoffe aus Bausteinen............ 80 4.2.3. Die Chemie betrachtet Vorgänge der Stoffzerstörung und -entstehung; Die chemische Reaktion – Ebene 1 ....................................................................... 82 4.2.4. Bausteinveränderungen bei chemischen Reaktionen - Perspektivwechsel zwischen den Ebenen 1 und 2........................................................................ 83 4.2.5. Ein Modell der Atome - Perspektivwechsel Ebene 1, 2 und 3 ......................... 84 4.2.6. Das Nutzen der Atomvorstellung für chemische Reaktionen: Perspektivwechsel der Ebenen 1, 2 und 3.................................................................................... 87 4.2.7. Zusammenfassung: Systematik der Ordnung von Stoffen aufgrund der Art ihrer Bausteine, ihrer Atome ................................................................................... 88 4.2.8. Ausblick: Der Perspektivwechsel zur Ebene 4: Der differenzierte Atombau..... 89 5. Die Didaktische Strukturierung: Entwicklung von Schlüsselelementen für den Unterricht............................................................................................................ 93 5.1. Strategien zur Förderung von Conceptual Change............................................. 93 5.2. Der Ansatz des Situierten Lernens.....................................................................106 5.3. Die Konzeption Chemie im Kontext..................................................................108 5.4. Didaktische Strukturierungen: Entwicklung konkreter Unterrichtselemente........113 5.4.1. Der Vorkoster in Not - die Chemie ersetzt den Vorkoster............................. 116 5.4.2. Brände, Erwünschte Verbrennungen, unerwünschte Folgen......................... 127 2 _____________________________________________________________Inhalt und Vorwort 6. Die empirische Untersuchung........................................................................... 139 6.1. Forschungsdesign und Aufgaben der Untersuchung .........................................139 6.2. Das methodische Instrumentarium ...................................................................142 6.2.1. Der Lernbegleitbogen zum „Vorkoster in Not…“ ........................................ 144 6.2.2. Der Lernbegleitbogen zu „Brände, erwünschte Verbrennungen, unerwünschte Folgen.......................................................................................................... 150 6.2.3. Videographie der Einheiten .......................................................................... 157 6.2.4. Auswertungsverfahren ................................................................................. 157 6.3. „Der Vorkoster in Not “- die Fallstudie I...........................................................159 6.3.1. Der Ablauf der Einheit.................................................................................. 159 6.3.2. Organisatorisches......................................................................................... 166 6.3.3. Die Codes des Lernbegleitbogens................................................................. 166 6.3.4. Ergebnisdarstellung ...................................................................................... 168 6.3.4.1 Vorstellungen zum Teeaufguss..................................................................... 168 6.3.4.2 Vorstellungen zum Lösen von Kandis........................................................... 172 6.3.4.3 Veränderungen von Vorstellungen - der quantitative Überblick ................... 178 6.3.4.4 Veränderungen zum Thema Lösen von Kandis............................................. 178 6.3.4.5 Veränderungen zum Thema Teeaufguss ...................................................... 182 6.3.4.6 Konkrete Wege konzeptueller Veränderung................................................. 188 6.4. Die Zweituntersuchung mit größerer Stichprobe ...............................................200 6.4.1. Rahmenbedingungen................................................................................... 200 6.4.2. Organisatorisches zur Erhebung ................................................................... 202 6.4.3. Auswertung ................................................................................................. 205 6.4.3.1 Operationalisierung der Codierung .............................................................. 206 6.4.3.2 Ergebnisse.................................................................................................... 207 6.5. Die Einheit „Brände sind Verbrennungen“ - Fallstudie II ...................................216 6.5.1. Der Ablauf der Einheit.................................................................................. 216 6.5.2. Organisatorisches......................................................................................... 220 6.5.3. Die Codes des Lernbegleitbogens................................................................. 221 6.5.4. Ergebnisdarstellung ...................................................................................... 222 6.5.4.1 Vorstellungen zu „Verbrennung = Vernichtung“ und zur Umkehrbarkeit .... 223 6.5.4.2 Vorstellungen im Aufgabenkontext Müllverbrennung.................................. 228 6.5.4.3 Vorstellungen zu Vorgängen am Feuerzeug................................................. 232 6.5.4.4 Veränderungen von Vorstellungen - der quantitative Überblick ................... 235 6.5.4.5 Veränderungen zum ersten Aufgabenkomplex ............................................ 235 6.5.4.6 Quantitative Veränderungen im kontextualisierten Aufgabenteil „Müll...“ .. 239 6.5.4.7 Parallelen und Unterschiede zwischen den Aufgaben 1 und 2...................... 242 6.5.4.8 Vergleich der Studienergebnisse der Fallstudien I und II ............................... 245 6.5.4.9 Verläufe konzeptueller Entwicklung ............................................................. 247 6.5.4.10 Reversibilität und Vorgänge am Feuerzeug – ein quantitativer Überblick ... 259 3 _____________________________________________________________Inhalt und Vorwort 7. Der Ertrag des Vorhabens ................................................................................