Laut dem Bildungsplan spielt das Experiment im Chemieunterricht eine große Rolle.
Doch wie sehen Lehrkräfte und Schüler das Experiment überhaupt?
Ist es nur eine Methode, die eben im Chemieunterricht eingesetzt wird?
In meiner Wissenschaftlichen Hausarbeit mit dem Thema „ Welchen Stellenwert räumen Lehrkräfte und Schüler dem Experiment im Chemieunterricht ein?“ geht es vor allem darum, herauszufinden wie die Lehrkräfte und die Schüler das Experiment sehen.
Meine Wissenschaftliche Hausarbeit ist in zwei große Bereiche eingeteilt.
Der erste Teil meiner Arbeit beschäftigt sich mit den theoretischen Grundlagen.
Zu Beginn steht eine klare Definition des Experiments, das Schulexperiment wird von dem Experiment in der Forschung abgegrenzt.
Anschließend wird auf das Experiment aus fachdidaktischer Sicht eingegangen.
Ein wichtiges Kapitel im theoretischen Teil ist die Stellung des Experiments im Bildungsplan und in Schulbüchern. Auch wenn in meiner empirischen Untersuchung der Stellenwert des Experiments bei Lehrkräften und Schülern untersucht wird, werden in diesem Kapitel auch bisher bekannte Meinungen und Einstellungen aus der Perspektive der Lehrkräfte und Schüler betrachtet.
Der zweite Teil meiner Arbeit beschäftigt sich mit der empirischen Untersuchung, die den Stellenwert des Experiments bei Lehrkräften und Schülern messen soll.
Zu Beginn werden die wissenschaftlichen Methoden und die Vorgehensweise bei einer empirischen Untersuchung vorgestellt.
Anschließend wird auf die Untersuchung bei den Lehrkräften explizit eingegangen und diese erläutert. Die gewonnen Daten werden ausgewertet und interpretiert.
Danach folgt die Untersuchung bei den Schülern, die ebenfalls genau erläutert wird.
INHALTSVERZEICHNIS
I. Einleitung
II. Theoretischer Teil
1. Begriffserklärung und - abgrenzung
1.1. Definition : Experiment
1.2. Das Schulexperiment, anders als in der Forschung
2. Das Experiment in der Fachdidaktik
2.1. Die Bedeutung des Experiments im Chemieunterricht
2.2. Voraussetzungen für einen erfolgreichen Experimental – Unterricht
2.3. Unterscheidungen bezüglich des Experiments im Unterricht
2.3.1. Quantitative und Qualitative Versuche
2.3.2. Induktive und deduktive Vorgehensweise
2.3.3. Der didaktische Ort des Experiments
2.4. Die Phasen des Experiments
2.5. Die Art der Durchführung des Experiments
2.5.1. Das Demonstrationsexperiment
2.5.2. Das Schülerexperiment
2.5.3. Demonstrationsexperiment vs. Schülerexperiment
2.6. Kriterien für ein gutes Experiment
3. Die Stellung des Experiments
3.1. ... im Bildungsplan
3.2. ... im Schulbuch
3.3. ... bei den Schülern
3.4. ... bei den Lehrkräften
III. Empirischer Teil
1. Allgemeines
1.1. Wissenschaftliche Methoden
1.2. Vorgehensweise bei einer empirischen Untersuchung
2. Untersuchung 1 : Stellenwert des Experiments bei den Lehrkräften
2.1. Standardisiertes Interview als eine empirische Methode
2.2. Hypothesenbildung
2.3. Auswahl der Stichprobe
2.4. Beschreibung des Interviews
2.5. Darstellung der Ergebnisse
2.6. Interpretation der Ergebnisse
3. Untersuchung 2 : Stellenwert des Experiments bei den Schülern
3.1. Schriftlichpe Befragung als eine empirische Methode
3.2. Hypothesenbildung
3.3. Auswahl der Stichprobe
3.4. Beschreibung des Fragebogens
3.5. Darstellung der Ergebnisse
3.6. Interpretation der Ergebnisse
IV. Fazit
V.Literaturverzeichnis
I. Einleitung
Laut dem Bildungsplan spielt das Experiment im Chemieunterricht eine große Rolle.
Doch wie sehen Lehrkräfte und Schüler das Experiment überhaupt?
Ist es nur eine Methode, die eben im Chemieunterricht eingesetzt wird?
In meiner Wissenschaftlichen Hausarbeit mit dem Thema „ Welchen Stellenwert räumen Lehrkräfte und Schüler dem Experiment im Chemieunterricht ein?“ geht es vor allem darum, herauszufinden wie die Lehrkräfte und die Schüler das Experiment sehen.
Meine Wissenschaftliche Hausarbeit ist in zwei große Bereiche eingeteilt.
Der erste Teil meiner Arbeit beschäftigt sich mit den theoretischen Grundlagen.
Zu Beginn steht eine klare Definition des Experiments, das Schulexperiment wird von dem Experiment in der Forschung abgegrenzt.
Anschließend wird auf das Experiment aus fachdidaktischer Sicht eingegangen.
Ein wichtiges Kapitel im theoretischen Teil ist die Stellung des Experiments im Bildungsplan und in Schulbüchern. Auch wenn in meiner empirischen Untersuchung der Stellenwert des Experiments bei Lehrkräften und Schülern untersucht wird, werden in diesem Kapitel auch bisher bekannte Meinungen und Einstellungen aus der Perspektive der Lehrkräfte und Schüler betrachtet.
Der zweite Teil meiner Arbeit beschäftigt sich mit der empirischen Untersuchung, die den Stellenwert des Experiments bei Lehrkräften und Schülern messen soll.
Zu Beginn werden die wissenschaftlichen Methoden und die Vorgehensweise bei einer empirischen Untersuchung vorgestellt.
Anschließend wird auf die Untersuchung bei den Lehrkräften explizit eingegangen und diese erläutert. Die gewonnen Daten werden ausgewertet und interpretiert.
Danach folgt die Untersuchung bei den Schülern, die ebenfalls genau erläutert wird.
Das Fazit rundet meine Arbeit schließlich ab.
II. Theoretischer Teil
1. Begriffserklärung und - abgrenzung
Da es in dieser Wissenschaftlichen Hausarbeit um den Stellenwert des Experiments geht, bedarf es hierzu vorab eine klare Definition des Begriffs „ Experiment“. Weiterhin wird das Schulexperiment explizit vom Experiment in der Forschung unterschieden.
1.1. Definition : Experiment
Das Experiment findet in einigen Wissenschaften wie zum Beispiel in der Psychologie, der Soziologie und den Naturwissenschaften seine Anwendung.
Das Experiment außerhalb der Naturwissenschaften wird hier außer Acht gelassen.
Das Wort Experiment kommt aus dem Lateinischen und findet seinen Ursprung im Wort „ experimentum“, das soviel bedeutet wie „ Versuch, Beweis, ...“[1]
Das wissenschaftliche Experiment ist eine Form der Erkenntnisgewinnung, das genau geplant und durchgeführt wird.
In fachdidaktischer Literatur wird das Experiment als „ ( ...) ein planmäßig ausgelöster und durchgeführter Vorgang zum Zweck der Beobachtung“[2] beschrieben.
In Wikipedia, der freien Enzyklopädie wird das Experiment wie folgt definiert :
„ Ein Experiment unterscheidet sich von der reinen Betrachtung dadurch, dass zunächst eine genau definierte Situation präpariert wird. Anschließend wird das Verhalten des präparierten Systems beobachtet beziehungsweise gemessen, und mit den Voraussagen des zugrunde liegenden Modells verglichen. Auf diese Weise kann eine in einer Theorie gemachte Behauptung ( These/ Hypothese ) untersucht werden und das Experiment kann diese entweder stützen oder widerlegen.“[3]
Der Brockhaus nennt weiterhin „ Das E. ist die wichtigste empirische Methode der Naturwissenschaften.“[4]
Die Naturwissenschaften legen ihr Augenmerk auf die Beziehung zwischen Ursache und Wirkung und somit sind die Experimente kausal orientiert.
Im Alltagsverständnis ist das Experiment oftmals ein Herumprobieren mit unsicherem Ausgang.
1.2.
Das Schulexperiment, anders als in der Forschung
Das Schulexperiment hat in der Fachdidaktik andere Eigenschaften und Zielfunktionen als das Experiment, das in der Forschung durchgeführt wird.
Hierzu einige Unterschiede zwischen Schul - und Forschungsexperiment :
- Das Experiment in der Schule liefert „nur“ den Schülern Erkenntnis, weil dem Lehrer der Ausgang des Experiments schon bekannt ist und er dieses gezielt zur Erreichung eines Lernziels einsetzt. In der Forschung wird ein Experiment durchgeführt, um zu neuer Erkenntnis zu gelangen und der Ausgang ist dem Forscher nicht bekannt. Der Zweck ist also ein anderer, weil der Wissenschaftler auf Hypothesen aufbaut.
- „ Während Forschungsexperimente niemals „frisiert“ werden dürfen, können im Lehrerexperiment unter Umständen bestimmte Effekte durch geeignete Massnahmen verdeutlicht werden“[5].
- Im Chemieunterricht hat das Experiment vielerlei Funktionen: Anschaulichkeit, Motivation, Erklärung, Vermittlung, Kennenlernen der naturwissenschaftlichen Arbeitsweise, Förderung der Fein- und Grobmotorik, Steigerung der sozialen Kompetenz (Teamarbeit, logische Arbeitsteilung, ... ), Schulung des genauen Beobachtens und des Auswertens von Daten. Wie oben schon genannt wird das Forschungsexperiment primär für die Erkenntnisgewinnung eingesetzt.
- Der Forscher schält alle Störfaktoren aus, um seine Arbeitshypothese entweder zu verifizieren oder zu falsifizieren, im Unterricht hingegen wird nicht das Einzelergebnis sondern das Gesamte betrachtet.[6]
Es ist also zu erkennen, dass die Intuition, der Maßstab und die Art der Ausführung oftmals ein anderer ist als in der Forschung, dies ist vor allem auf die zeitliche Begrenzung im Unterricht zurückzuführen. Weiterhin spielen Sicherheitsgründe und der Kostenfaktor eine große Rolle.[7] Zum Beispiel werden in der heutigen Chemie oftmals spektroskopische Verfahren eingesetzt, die im Chemieunterricht zum einen nicht didaktisch sinnvoll sind, weil die Schüler den komplexen Vorgang kaum begreifen können, und zum anderen wäre eine Anschaffung solcher Geräte mit hohen Kosten verbunden. Dies bedeutet jedoch nicht, dass die Schüler mit solchen Verfahren nicht vertraut gemacht werden sollen.
Es ist noch anzumerken, dass das Experiment aus der Schülerperspektive auf jeden Fall Forschungscharakter besitzt. Denn die Schüler wissen wie der Wissenschaftler nicht, wie das Experiment ausgehen wird bzw. welche Ergebnisse daraus hervorgehen.
Darum wird ein Experimental-Unterricht auch oftmals „ Forschungsunterricht“ genannt, jedoch empfindet CHRISTEN ( 1990 ) diesen Bezug als übertrieben.
Er erklärt, dass die notwendige Gedankenarbeit vorab einen viel größeren Stellenwert besitzt als das Experiment selbst, das anschließend durchgeführt wird. Diese komplexen Gedankengänge können Lehrkräfte nur ansatzweise von den Schülern erwarten, weil ihnen die notwendige fachliche und methodische Kenntnis fehlt.
2. Das Experiment in der Fachdidaktik
2.1. Die Bedeutung des Experiments im Chemieunterricht
Die zentrale Frage „ Warum werden im Chemieunterricht Experimente überhaupt durchgeführt?“ wird hier diskutiert und findet ihre Antwort, zumindest ansatzweise.
Hierzu einige Begründungen, warum das Experiment so bedeutsam für den Chemieunterricht zu sein scheint :
- „ Chemie ist eine Naturwissenschaft. Das Objekt ist primär die Natur mit ihrem Zusammenspiel sehr vieler Faktoren.“[8]
- Da die Chemie eine experimentelle Disziplin ist, nimmt das Experiment in dieser Wissenschaft eine zentrale Stellung ein.
- Die Chemie bietet wenig Anschaulichkeit, weil der Mensch Atome und Moleküle mit dem Auge nicht erkennen kann. Somit gibt es keinen direkten Weg von unseren Sinneswahrnehmungen zur Aufstellung einer Theorie.[9]
Mithilfe von Methoden über Experimente wird ein indirekter Weg gefunden,
um bestimmte Veränderungen wahrnehmen zu können ( z.B. Farbänder-
ungen, Geruch, ... ).[10]
- In der Chemie geht es nicht nur um das reine Fachwissen, sondern auch um die naturwissenschaftlichen Denk- und Arbeitsweisen, die als Methode an und für sich erlernt werden sollen. Natürlich liefern Experimente zusätzlich neues theoretisches Wissen und können – wenn auch nicht von allen Fachdidaktikern gewollt – als Medium ( aber nicht nur! ) angesehen werden.
- Die Experimente haben in der Chemie zwei wichtige Funktionen, zum einen Selbsttätigkeit, welche bei den Schülern weitere soziale und personale Kompetenzen fördert; und zum anderen wird die unanschauliche Chemie durch den Einsatz von Experimenten im Unterricht anschaulich gemacht.
- Der Alltagsbezug und die Realitätsnähe lässt sich mittels Experimenten leichter herstellen. Jedoch wird im Schulalltag oftmals Anschaulichkeit mit Realitätsnähe gleichgesetzt.
Die beiden erstgenannten Punkte sind die Begründung aus der fachwissenschaftlichen Perspektive. Die Fachwissenschaft ist sich sicher, dass der Chemieunterricht ohne Einsatz von Experimenten gar kein Chemieunterricht wäre.
Die weiteren Punkte sind fachdidaktische Begründungen für die Legitimation von Experimenten im Unterricht.
Abschließend kann man sagen, dass es keinerlei Diskussion über die Wichtigkeit von Experimenten im Chemieunterricht bedarf. Natürlich, wenn man die Chemie nur von der fachlichen Seite her betrachtet, kann man sich über den Sinn des Experimenteinsatzes streiten. Jedoch zeigt der Bildungsplan 2004, dass nicht nur das „WAS?“, sondern auch das „WIE?“ einen hohen Stellenwert im Unterricht einnimmt bzw. einnehmen soll.
2.2. Voraussetzungen für einen erfolgreichen Experimental – Unterricht
Um einen guten Experimental – Unterricht als Lehrer gewährleisten zu können, gibt es sowohl räumliche als auch sachliche Anforderungen, die erfüllt sein müssen.
Räumliche Anforderungen :
In den Schulen sollte es einen speziellen Chemie- / Physikraum geben, der nicht als Klassenzimmer genutzt wird. In diesem Chemieraum werden die Schülertische in der Regel fest im Boden angebracht. Dies bietet eine höhere Sicherheit beim Arbeiten mit Chemikalien und Apparaturen, da kein Risiko besteht, dass die Tische sich verschieben können.
Weiterhin sind in diesem Raum einige Abzüge notwendig, um auch gefährlichere Versuche durchführen zu können, die z.B. giftige Stoffe bei Gasentwicklung entstehen lassen. In der Realität ist oftmals zu sehen, dass nur ein Abzug im Chemieraum vorhanden ist. Dies lässt nur eingeschränkte Schülerübungen zu.
Auch Lehrerversuche, die unter dem Abzug durchgeführt werden müssen, gestalten sich generell schwierig, da nicht alle Schüler die Möglichkeit haben dem Versuch uneingeschränkt zu folgen.
Außerdem müssen Wasser- und Energieanschlüsse auf jeden Fall im Experimentierraum vorhanden sein.
Neben dem Chemiesaal sollte ein Vorbereitungsraum, der mit einer Verbindungstür zum Unterrichtsraum erreichbar ist, eingerichtet werden. Dieser bietet den Lehrern die Möglichkeit, sich gut auf ihren Chemieunterricht vorzubereiten. Darüber hinaus muss dieser Raum mit einer Chemikaliensammlung ausgestattet sein, die nicht zugänglich für Schüler ist.
„Chemikalien müssen entsprechend ihrer Gefahrenklasse sorgfältig und zweckmäßig aufbewahrt werden. Dabei ist es von untergeordneter Bedeutung, nach welchem System man sie anordnet ( alphabetisch, anorganisch und organisch getrennt, nach den Gruppen des Periodensystems).“[11]
Abzuraten ist vom Experimentieren im Klassenzimmer, wo keinerlei Anschlüsse vorhanden sind. Die Arbeitssicherheit ist hier auch zu gering.
Sachliche Anforderungen :
Jede Schule sollte eine gewisse Grundausstattung von Geräten besitzen, damit ein Experimental – Unterricht überhaupt möglich ist.
Als Lehrer besitzt man die Aufgabe diese Geräteausstattung immer wieder zu überprüfen, zu ergänzen und gegebenenfalls auch zu erneuern.
Zu unterscheiden sind drei Systeme[12] für eine chemische Gerätesammlung :
- Fertiggeräte
- Aufbaugeräte
- Versuchskästen
Die Fertiggeräte sind nur für einen Versuch bzw. einer Versuchsreihe vorgesehen.
Die Vorteile sind, dass diese ohne Schwierigkeiten schnell aufgebaut werden können und dass sie ziemlich sicher bei der Durchführung sind.
Der Nachteil sieht man aus der fachdidaktischen Perspektive. Wenn eine Versuchsplanung in der Unterrichtsstunde erst gemeinsam erarbeitet wird, können die Einzelteile für den Versuch nicht schon festgelegt sein.[13]
Es ist nicht sinnvoll, eine ganze Sammlung von Fertiggeräten anzulegen, da diese ziemlich teuer sind.
Der Hauptbestandteil der Gerätegrundausstattung sollte aus Aufbaugeräten bestehen. Da dieses System sehr vielseitig ist, besitzt es einige Vorteile.
Der Lehrer kann ohne großen Aufwand, den Versuch vor den Augen der Schüler aufbauen. Mit diesen Geräten können vielerlei Versuche durchgeführt werden, weil verschiedene Versuchsaufbauten möglich sind.
Weiterhin gibt es die Versuchskästen, die relativ billig sind und wenig Platz bedürfen.
Aber dieses System ist aus den meisten Schulen schon längst verbannt worden,
weil die Geräte schnell altern und der Lehrer in der Versuchsauswahl eingeschränkt ist.
Diese Versuchskästen sind sowohl für Lehrer- als auch für Schülerexperimente ungeeignet.
Eine Chemikalien – Sammlung ist ebenfalls für einen erfolgreichen und modernen Chemie – Unterricht von Nöten.
Der Lehrer muss beachten, dass er nicht unnötige Chemikalien anschafft, weil sie teuer sind und auch schnell altern. Wichtig ist es auch hier, eine gewisse Grundausstattung zu besitzen.
„ Die Aufbewahrung hat fachgerecht zu erfolgen, die Sicherheit muß gewährleistet sein. Geeignetes Flaschenmaterial mit Beschriftung ist genauso wichtig wie verschließbarer Chemikalienschrank und separates Giftfach.“[14]
Ein gewisses Ordnungssystem muss bei den Chemikalien ebenfalls eingehalten werden, sei es alphabetisch, anorganisch und organisch, etc., damit ein leichtes Auffinden einer Chemikalie gewährleistet ist.
Zu sehen ist, dass einige äußerliche Anforderungen an einen guten Experimental – Unterricht gestellt werden. In der Realität sind wenige Schulen so gut ausgestattet wie eben genannt, weil nicht genügend Geld vorhanden ist.
Doch kann man davon ausgehen, dass die räumlichen Anforderungen an den Schulen erfüllt werden ( abgesehen von der Grundschule).
2.3. Unterscheidungen bezüglich des Experiments im Unterricht
2.3.1. Quantitative und Qualitative Versuche
Im Unterricht unterscheidet der Lehrer bezüglich des Experimentierens – oftmals nur in Gedanken – quantitative und qualitative Versuche.
Quantitative Versuche :
Quantitative , oder auch messende Versuche werden im Chemieunterricht durchgeführt, wenn man objektive Daten erhalten will.
Da aus dem quantitativen Versuch reproduzierbare Ergebnisse hervorgehen, hat diese Art des Experimentierens einen hohen Stellenwert im Experimentalunterricht.[15]
Weiterhin spielt der Reihenversuch bei der quantitativen Analyse eine große Rolle, da einzelne Ergebnisse in der Wissenschaft noch nichts aussagen bzw. aussagen dürfen. Dieses Verständnis von Wissenschaft muss im Chemieunterricht den Schülern deutlich gemacht werden.
Da Schulversuche oftmals misslingen oder auch vom theoretischen Wert abweichen, muss der Lehrer in der Lage sein, die einzelnen Ergebnisse der Schülerversuche zu korrigieren. Natürlich dürfen die Ergebnisse nicht allzu sehr von der Theorie abweichen.
Einige Beispiele von quantitativen Versuchen :
- Siede – und Schmelzpunktbestimmung,
- Dichtebestimmung,
- Säure – Base – Titration,
- Leitfähigkeitsbestimmung,
- Molmassenbestimmung und
- Bestimmung des Wassergehaltes in Lebensmitteln.
Qualitative Versuche :
Qualitative Versuche sind hauptsächlich Versuche, die chemische Elemente und funktionelle Gruppen oder Verbindungen nachweisen.[16]
Dabei werden, anders als beim messenden Versuch, die Mengenverhältnisse nicht berücksichtigt. Es zählt also nur, ob zum Beispiel ein bestimmtes Element nachgewiesen wurde, aber nicht wie viel des Elementes.
Im Chemieunterricht lassen sich also folgende Nachweisreaktionen durchführen.
Einige Beispiele aus der Organischen Chemie :
- Nachweis von Schwefel als Sulfid mit Bleiacetat,
- Nachweis von Schwefel als Sulfat mit Bariumchlorid,
- Nachweis von Stickstoff mittels Ringprobe,
- Nachweis von Aldehyde mittels Fehling-Probe,
- Nachweis von ungesättigten Verbindungen mittels Bromwasser,
- Nachweis von Alkoholen mittels Kaliumpermanganatlösung und
- Bestimmung von physikalischen Eigenschaften wie Siede- und Schmelzpunktbestimmung, Brechungsindex usw. .
Wie zu erkennen ist, ist zum Beispiel die Siede- und Schmelzpunktbestimmung sowohl unter Quantitative als auch Qualitative Versuche zu finden. Dies liegt daran, dass zum einen diese Bestimmung ein reproduzierbares Ergebnis wiedergibt ( also messbar ist ), als auch dazu beiträgt eine Substanz zu identifizieren, bei der der Siede- und Schmelzpunkt bekannt ist. Der Wert der unbekannten Substanz wird also mit den Werten bekannter Substanzen verglichen und trägt somit zur Identifikation der unbekannten Substanz bei.
2.3.2. Induktive und deduktive Vorgehensweise
Induktion und Deduktion sind wichtige Vorgehensweisen im Chemieunterricht. Das Experiment in der Unterrichtseinheit nimmt je nach Wahl der Vorgehensweise eine andere Funktion ein.
Auf beide Vorgehensweisen wird nun näher eingegangen.
Induktion :
Bei induktiver Vorgehensweise wird vom Einzelnen auf das Ganze geschlossen.[17]
Diese induktiven Versuche ähneln einem Forschungsexperiment in der Vorgehensweise. Ein solcher Versuch kann auch nicht für sich alleine stehen, da er in die Unterrichtseinheit genau eingeplant werden muss, damit die Induktion logisch ablaufen kann.
„Bei der induktiven Planung geht dem Experiment ein Unterrichtsgespräch voraus, das der Problemstellung und der Frageformulierung dient.“[18]
Das Versuchsergebnis ist bei der Induktion die Problemlösung, anders als bei der Deduktion.
Dieses konvergente Vorgehen entspricht natürlich der Vorgehensweise der Fachwissenschaft, jedoch gibt es aus fachdidaktischer Sicht einige Schwierigkeiten.
In der Sekundarstufe finden die Schüler vor allem die Unterschiede interessant.
Bei der Induktion werden aber die Gemeinsamkeiten hervorgehoben.[19]
Weiterhin benötigt die induktive Vorgehensweise viel Zeit, daher wird dieses Vorgehen oftmals als das „lange Langsame“ empfunden und droht durchaus bezüglich der erahnbaren Resultate langweilig zu werden.[20]
Reihenversuche stellen also einen allgemeinen Sachverhalt dar, beweisen aber nichts.
Aus didaktischen und zeitlichen Gründen werden oftmals wenige Versuche durchgeführt- nur so viel wie für einen Vergleich notwendig ist. Dabei gehen Lehrkräfte meistens von drei Versuchen aus. Bei einer solchen Induktion, spricht man von einer unvollständigen Induktion, weil das aus den Versuchen hervorgebrachte Ergebnis nur wahrscheinlich wahr ist.[21] Es muss erst bestätigt werden.
Hierzu noch ein Beispiel von einem induktiven Versuch. Die Schüler lassen verschiedene Metalle wie Eisen, Zink, Magnesium etc. mit Salzsäure reagieren.
Bei jeder Reaktion sind Gemeinsamkeiten feststellbar. Zum einen entwickelt sich Gas bei der Reaktion, zum anderen setzt sich ein Feststoff am Boden des Reagenzglases ab. Durch die Auswertung und ein Unterrichtsgespräch erkennen die Schüler, dass Metalle mit Säuren zu Salz und Wasserstoff reagieren.
Deduktion :
Bei einem deduktiven Vorgehen wird der Einzelfall von der allgemein gültigen Gesetzmäßigkeit abgeleitet, d.h. das Gesetz bzw. die Theorie ist schon bekannt und man schließt mit Hilfe dieser Gesetzmäßigkeit auf das Einzelne.
Dieses divergente Vorgehen betont die Unterschiede. Die Schüler lernen Regeln und Gesetze anzuwenden, während sie bei der Induktion Regeln und Gesetze aufdecken.[22]
Deduktive Versuche werden meist im hinteren Drittel der Unterrichtseinheit angesiedelt, weil sie nicht wie bei der Induktion etwas Aufdecken wollen, sondern eher bestätigen und wiederholen sollen. „ Bei der deduktiven Planung muß zunächst der Lehrinhalt erarbeitet werden, das Experiment dient dann der Bestätigung des theoretischen Sachverhalts. Theorie und Versuchsergebnis müssen genau übereinstimmen.“[23]
Auch anders als bei der Induktion ist der Zeitaufwand. Deduktive Versuche sind schnell durchgeführt, da das ausführliche Unterrichtsgespräch vorab nicht vorhanden ist. Der Versuch soll den Schülern lediglich zeigen, dass die Theorie, die sie gelernt haben, wirklich stimmt.
Die fachdidaktische Gewichtung beider didaktischer Darbietungen ist eindeutig:
Induktion vor Deduktion! Doch der SOLL – und IST - Zustand zeigt noch einige Differenzen auf.
2.3.3. Der didaktische Ort des Experiments
Ein Schulexperiment darf man nicht einzeln betrachten, es ist immer in die Unterrichtsstunde eingebettet und besitzt eine gewisse Funktion.
Dabei muss der Lehrkraft bewusst sein, wenn sie ein Experiment an einer gewissen Stelle im Unterricht einbaut, dass das Experiment andere Ziele verfolgt als an einer anderen Stelle im Unterricht.
Man spricht hier vom didaktischen Ort oder auch der Funktion des Experiments.
„ Für die Funktion des Experiments in der Unterrichtsstunde gibt es keine verbindliche Terminologie, sondern man findet eine beträchtliche Zahl sich teilweise überschneidender Begriffe.“[24]
Im folgenden werden die wichtigsten Funktionsformen aufgezeigt.
Einführungsexperiment :
Wie der Name schon verrät, steht ein solches Experiment üblicherweise am Anfang einer Unterrichtsstunde und wird auch „Problemexperiment“[25] genannt.
Es soll zum einen motivieren und Interesse am neuen Thema wecken, zum anderen soll es ein Problem darstellen, das aus dem Vorwissen der Schüler zunächst nicht lösbar zu sein scheint.
Weiterhin soll das Einführungsexperiment die Schüler zu einem Unterrichtsgespräch anregen, aus dem sich eine Lösungsstrategie entwickelt.[26]
Zusätzliche Eigenschaften sind kurze Durchführungszeit und geringer Aufwand im Aufbau.
Das Interesse am Thema wird meist durch einen kognitiven Konflikt bei den Schülern ausgelöst, weil die Erwartungen der Schüler und das darauffolgende Ergebnis nicht zusammenpassen. Diese Widersprüchlichkeit motiviert zur Ausarbeitung neuer Hypothesen, weil die Schüler ein starkes Erklärungsbedürfnis entwickeln.
Hierzu ein Beispiel, das einen kognitiven Konflikt hervorruft:
Holzspan erlischt in Anwesenheit von Kohlenstoffdioxid, während ein Magnesiumband brennt.
Bestätigungsexperiment :
Ein Bestätigungsexperiment dient häufig zur Verifizierung einer aufgestellten Hypothese. Das Experiment dient sozusagen zur Überprüfung. In den meisten Fällen werden nur richtig aufgestellte Hypothesen überprüft. Falsche Aussagen werden oftmals vom Lehrer abgelehnt und nicht mit einem Experiment falsifiziert. Dieser Vorgang des Lehrers unterdrückt bei den Schülern eine kritische Haltung, weil sie wissen, dass das, was der Lehrer überprüft bzw. überprüfen will, am Ende eh richtig ist.
Bei einem Bestätigungsexperiment lernt der Schüler die Art des Forschens kennen, weil es einem Forschungsexperiment aus Sicht der Schüler ähnelt.
Die Schüler durchlaufen zusammen mit dem Lehrer einen Problemlöseprozess, nach jedem Schritt dieses Prozesses werden mit einem Experiment die aufgestellten Hypothesen überprüft.[27]
Die Schüler erlernen hierbei vor allem das Problemlösen. Weiterhin wird bei ihnen vorhandenes Wissen aktiviert und sie lernen den Weg des Erkenntnisgewinns kennen.
Sowohl qualitative als auch quantitative Versuche können als Bestätigungs- experiment ihre Funktion finden.
Erarbeitungsexperiment :
Erarbeitungsexperimente oder auch Untersuchungsexperimente sind in einer induktiven Vorgehensweise eingebettet. „ Sie dienen der systematischen Untersuchung eines unbekannten Sachverhaltes, wobei die Erarbeitung von Wissen vorwiegend lehrerzentriert erfolgt.“[28] Lehrerzentriert bedeutet aber nicht, dass keine Schüleraktivität erlaubt ist. Es sind auch hier Schülerversuche notwendig.
Viele Experimente werden bzw. sollen eine solche Funktion im Unterricht besitzen, da die Induktion eine wichtige naturwissenschaftliche Vorgehensweise ist, die die Schüler nicht nur kennen lernen, sondern auch verstehen und anwenden
( sollen ).
Wiederholungsexperiment :
Solche Experimente werden im Unterricht zur Übung und Anwendung eingesetzt. Eine weitere wichtige Funktion ist das neu erlernte Wissen der Schüler zu sichern und zu festigen.
Es sind Experimente, die in ihrer Art der Durchführung den Schülern schon vertraut sind, jedoch vom Lehrer leicht abgeändert wurde. Zum Beispiel wird die Neutralisationsreaktion oftmals mit Salzsäure und Natronlauge durchgeführt. Ein Wiederholungsexperiment kann also genau die gleichen Bedingungen haben, nur die chemischen Substanzen werden verändert.[29] So festigen die Schüler ihr Wissen und können sich gleichzeitig auf ihre manuellen Fertigkeiten konzentrieren.
Doch im Schulalltag finden solche Übungsversuche selten Anwendung, nicht weil die Lehrer dies für sinnlos halten, sondern weil auch im Chemieunterricht die Zeit begrenzt ist.
Experimente zur Leistungskontrolle :
Diese Funktionsform findet ebenfalls selten Verwendung, da viele Bedingungen für eine gerechte Benotung oftmals nicht gegeben sind.
In einer Klasse von dreißig Schülern ist es schwer jeden einzelnen beim Experimentieren gerecht zu bewerten. Darum ist eine kleine Lerngruppe notwendig um Experimente zur Leistungskontrolle durchführen zu können. Außerdem benötigen solche Experimente in der Regel viel Zeit im Vergleich zu einer mündlichen Abfrage oder einem Kurztest.
Eine weitere Bedingung ist das regelmäßige selbstständige Experimentieren. Ist dies nicht gegeben, wäre eine Leistungskontrolle nicht angemessen und gegenüber den Schülern ungerecht.
Bei der Bewertung ist es wichtig, dass dem Lehrer bewusst ist, nicht nur das Ergebnis zu benoten, sondern auch die Planung, den Aufbau und die Durchführung des Experiments.[30]
Erlebnisvermittelnde Experimente :
Diese Experimente sollen die Gefühlswelt der Schüler ansprechen, indem sie überraschende Effekte zeigen.
Solche Versuche sind vor allem vor Ferien, in einer Vertretungsstunde oder bei einem Schulfest anzusiedeln, denn sie sollen nicht primär Wissen vermitteln, sondern unterhalten.[31]
Wenn Lehrer solche Versuche öfters durchführen, um das Interesse der Schüler an der Chemie zu wecken, so ist dies ein falscher Ansatz. Durch diese Art von Experimenten entsteht bei den Schülern ein falsches Bild von der Chemie.
Wichtig bei dem Einsatz solcher Experimente ist die darauffolgende Erklärung dieses Effekts, damit die Chemie nicht weiterhin als unverständliche Wissenschaft angesehen wird.
Gedankenexperiment :
„Hierunter versteht man das Durchdenken eines Experiments von der Planung bis zum Ergebnis, ohne das Experiment zu realisieren.“
Eine solche Vorgehensweise fordert von den Schülern ein gutes Vorstellungsvermögen und abstraktes Denken.
[...]
[1] Vgl. http://de.wikipedia.org/wiki/Experiment, vom 30.7.08
[2] P.Pfeifer u.a. 2002, S.90
[3] http://de.wikipedia.org/wiki/Experiment, vom 30.7.08
[4] F.A. Brockhaus 1968, Band 5, S.825
[5] H.Christen 1990, S.26
[6] Vgl. F.Bukatsch u.a. 1976, S.87
[7] Vgl.P.Pfeifer u.a. 2002, S.293
[8] http://www.old.uni-bayreuth.de/departements/didaktikchemie/s_medien/V_Experiment.htm,
vom 22.7.08
[9] Vgl. P.Pfeifer u.a., S.90
[10] Vgl. http://www.old.uni-bayreuth.de/departements/didaktikchemie/s_medien/V_Experiment.htm ,
vom 22.7.08
[11] H.Becker 1981, S.104
[12] Vgl. F.Bukatsch u.a. 1976, S.92
[13] Vgl. ebd., S.92
[14] Vgl. ebd., S.93
[15] Vgl. K.Häusler u.a. 1976, S.51
[16] Vgl. http://de.wikipedia.org/wiki/Qualitative-Analyse, vom 25.7.08
[17] Vgl. H.Bartel 2002, S.2
[18] H.Becker 1981, S.102
[19] Vgl. M.Anton 1999, S.109
[20] Vgl. M.Anton 1999, S.109
[21] Vgl. H.Bartel 2002, S.2
[22] Vgl. M.Anton 1999, S.110
[23] H.Becker u.a. 1981, S.102
[24] P.Pfeifer u.a., S.298
[25] ebd., S.298
[26] Vgl. ebd., S.298
[27] P.Pfeifer u.a., S.298
[28] ebd., S.299
[29] Vgl. P.Pfeifer u.a. , S.299
[30] Vgl. P.Pfeifer u.a. , S.300
[31] Vgl. ebd., S.300
- Citar trabajo
- Stefanie Spieß (Autor), 2008, Welchen Stellenwert räumen Lehrer und Schüler dem Experiment im Chemieunterricht ein?, Múnich, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/139493
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