Didaktik der Chemie / Universität Bayreuth

Stand: 24.09.19, Seiten 4.46-4.53


4.4.6 Die an der Schülervorstellung orientierte UM (SVO) [35]


Input

4.4.6.1 Schülervorstellungen

"Leer" bedeutet "nichts", in der Flasche sieht man nichts, also ist die Schlussfolgerung aus Lernenden-Sicht durchaus logisch. Haben sie dann begriffen, dass "unsichtbar" nicht "nichts" bedeuten muss, sondern auch (farblose) Luft, übertragen sie das Gelernte gerne auch auf den Bereich "Bau der Materie".

Lernende kommen in unseren Fachunterricht bereits mit Präkonzepten. Im allgemeinen Sinn kann man diese folgendermaßen beschreiben: Präkonzepte (Schülervorstellung ) sind subjektive Theorien und Deutungsmuster, die Menschen über Phänomene in Form einer persönlichen Erklärung entwickeln. Im Kontext mit Schule kann man formulieren:

Präkonzepte sind Schülervorstellungen und Deutungsmuster, die diese aus dem Alltag mitbringen.

Diese Vorstellungen können aus fachlicher und/oder naturwissenschaftlicher Sicht richtig oder falsch sein.

Deswegen ist es hilfreich, Vorwissen von Fehlvorstellungen zu unterscheiden:

Vorwissen bringen Lernende aus vorausgegangenen Jahrgangsstufen, also dem institutionalisierten Lernen, mit.
Auch in diesem Fall kann es zu Fehlvorstellungen kommen, die wir "lehrerinduzierte Lernschwierigkeiten" nennen können.

Fehlvorstellungen sind vermeintliches Wissen, das einem oder mehreren Grundsätzen naturwissenschaftlichen Denkens widerspricht.
Sie können im nicht institutionalisierten oder institutionalisierten Bereich erworben werden.


Abb. 1: Zusammenhang der Begriffe

Der Umgang besonders mit Fehlvorstellungen gestaltet sich in der Praxis schwierig. Vom Bauchgefühl her neigen Naturwissenschaftler eher dazu, sich damit zu begnügen, dass sie "es den Schülern ja sagen, dass es so falsch, hingegen anders richtig ist".

Untersuchungen aus der Didaktik haben jedoch gezeigt, dass Fehlvorstellungen in der Regel diese einfache "Behandlung" überleben: sie sind sehr persistent. Deswegen wurde eine besondere UM entwickelt, die besser sicher stellen soll, dass Fehlvorstellungen überwunden werden.

Selbstlernbereich

4.4.6.2 Arbeitsweise

Die Formulierung in Bsp. 3 zeigt eine der Ursachen für die Persistenz von Fehlvorstellungen: aus dem gewohnten, alltäglichen Sprachgebrauch wird die Vorsilbe "ver-" als wesentliche bis restlose Vernichtung gedeutet. Offenbar wird diese Feststellung zusätzlich durch die Beobachtung gestützt, dass man die gasförmigen, farblosen Verbrennungsprodukte nicht entweichen sieht.

Der erfolgreiche Lernprozess erfordert einen Konzeptwechsel [39]. Dieser kann nicht durch Konfrontation (Fehlvorstellungen als "falsch" bezeichnen und durch Nennung "richtiger" Fakten ersetzen), sondern nur durch Integration erreicht werden. Dafür gibt es keine ideale Strategie, sondern nur eine Sammlung von sinnvollen Strategien:

  • (fehlerhafte) Alltagsvorstellungen problematisieren,

  • Denkfehler identifizieren,

  • die richtige Vorstellung ggf. experimentell begründen,

  • die größere Erklärungsmächtigkeit der naturwissenschaftlichen Denkweisen demonstrieren und einüben.

Auf Seiten der Lernenden sollten folgende Bedingungen erfüllt werden:

  • sie müssen mit den bisherigen Vorstellungen selbst unzufrieden sein,

  • die neue Vorstellung muss ihnen verständlich und

  • von vornherein plausibel sowie

  • fruchtbar (erfolgreicher) sein.

4.4.6.3 Strukturierung

Die Artikulation entspricht zunächst ziemlich der einer forschenden UM:

  1. Problemgewinnung

  2. Planung der Durchführung

  3. Durchführung

  4. Abstraktion

  5. Sicherung.

Entscheidend anders ist die Art der Problemgewinnung: während bei forschenden UM JEDE Motivation zu einem zu untersuchenden Problem führen kann (z.B. reine fachliche Neugierde "ich möchte wissen", in der Wissenschaft gerne als "Grundlagenforschung" bezeichnet, Ergänzung von Wissen, Lösung eines wissenschaftlichen Teilproblems...) geht die SVO-Methode grundsätzlich von der Situation aus, dass eine Fehlvorstellung für die Jahrgangsstufe bekannt oder in der betroffenen Lerngruppe diagnostiziert wurde.


Abb. 1: Problemfindung und Ergebnis für Jgst. 8/9. nach [11].

In der Auswertung findet man z.B. folgende Begründungen von Lernenden:

Diese unterschiedlichen Vorstellungen wird man so ähnlich in jeder Klasse finden, in der man die Problematik thematisieren möchte. Sie werden in der Klasse diskutiert und in der nächsten Phase wird eine Strategie zur Überprüfung auf Grund von Vorschlägen von Lernenden erarbeitet. Nach der Durchführung folgt die erste schwierigere Arbeitsphase, während der Abstraktion den Vorgang der Verbrennung aus mehreren Perspektiven, nicht nur der des Phänomens, zu beleuchten. Dabei hilft die Vorstellung dieser Perspektiven als Tetraeder nach Mahaffy:


Abb. 2: Betrachtungsperspektiven als didaktisches Tetraeder, nach MAHAFFY.

Die Behandlung chemischer Inhalte auf den Erkenntnisebenen submikroskopisch und makroskopisch ist aus 3.5 bekannt. In der Darstellung von MAHAFFY kommt die symbolische Repräsentations-Ebene hinzu: makroskopisch beobachten, als Denkprozess eine Erklärung mit Hilfe des Daltonschen Teilchenmodells versuchen und in Form einer Symbolgleichung notieren, das ist noch üblich. Nun kommt ein didaktisches Grundprinzip dazu: Lernende von dort abholen, wo sie sind, hier: aus dem Alltag. Die Verbrennung von Holzkohle ist vom Grillen her bestens bekannt. Erst jetzt fällt der Widerspruch auf. Wird die Alltagserfahrung in den "wissenschaftsorientierten" Unterricht nicht mit einbezogen, bleiben Fehlvorstellungen erhalten und dominieren im Zweifelsfall.

Lernende können im betroffenen Alter durchaus den Schluss ziehen, dass, bleibt die Zahl der Teilchen erhalten, dies auch für die Masse gelten müsste. Was fehlt ist eine glaubhafte (experimentelle) Bestätigung. In der Phase der Wissenssicherung arbeiten sie selbst ihren Denkfehler heraus (offenes bzw. geschlossenes Gefäß, System) und formulieren diesen, einschließlich seiner Widerlegung.

Im weiteren Verlauf werden die fünf forschenden Stufen durch zwei weitere ergänzt:

  1. Anwendung und

  2. Metakognition.

Gerade weil Fehlvorstellungen sehr persistent sind, ist das Bemühen um Korrektur aufwändig und muss in einer eigenen Unterrichtsphase angegangen werden. In der Anwendung soll die Leistungsfähigkeit der neu erworbenen Sichtweise gezeigt werden: andere Stoffe (Schwefel, roter Phosphor, Eisenwolle, Kerzenwachs...) werden in offenen und geschlossenen Systemen (Gefäßen) "ver"brannt.

Die Stufe der Metakognition hat die Aufgabe, Lernende ihren eigenen Lernprozess zurückverfolgen zu lassen, um sich zu verdeutlichen, inwieweit und wann im Verlauf sich ihre Vorstellung geändert hat (conceptual change). Sie nehmen auch Stellung dazu, inwieweit die neue Vorstellung für sie überzeugend ist.

Vor- und Nachteile des Verfahrens sind ebenfalls sehr ähnlich denen des forschenden Verfahrens.


Abb. 3: Zusammenfassung der Artikulationsstufen.

Aufgabe: Fertigen Sie eine Skizze unter Angabe der Teilchen in einem Becherglas:
           a. mit Schwefelsäure w=100%
           b. mit Natronlauge w=10%
           c. nach Neutralisation von Schwefelsäure mit Natronlauge.

4.4.6.4 Kritik

Die Methode ist offen für spontane Änderungen nach Erfordernissen. Es kommt ein ausgewogenes Verhältnis an Lehrenden- und Lernenden-Tätigkeiten vor. Für Lehrende ist die UM zeitlich aufwändiger, für Lernende hingegen lerneffektiv. Zurzeit das beste Werkzeug, um Fehlvorstellungen anzugehen.

Die Diagnose (neuer) Fehlvorstellungen ist allerdings aufwändig.

Die UM sollte allerdings nicht unreflektiert für alle Themen eingesetzt werden. Kleinere Klassen wären sinnvoll. Die Führung von Klassen ist bei dieser UM sehr anspruchsvoll: neben dem experimentellen Arbeiten ist eine klare Gesprächs- und Gedankenführung erforderlich.

4.4.6.5 Kommentare zu Beispiel 1

Bei Beispiel 1 hat Herr Mayr nicht bewusst gemacht, dass man die Ebene gewechselt hat: die Flasche gehört der makroskopischen, das Gitter der submikroskopischen Beschreibungsebene an. Nur das Kennen von Präkonzepten durch die Lehrenden kann verhindern, dass sie sie auch noch verstärken, indem sie den Alltags-Sprachgebrauch im Unterricht nicht vermeiden. Auch können neue Fehlvorstellungen dazukommen, die zu lehrerinduzierten Lernschwierigkeiten führen. Letztere gelten sehr wohl als vermeidbar. Präventionsmaßnahmen hierfür werden entwickelt. [11]

Lösungsmöglichkeiten:

  • Zu Bsp. 1.1: Im Glas ist nicht "nichts" drin. Mayr könnte den Grundschulversuch wiederholen: ein Papiertaschentuch wird möglichst tief in ein Trinkglas geknüllt. Lernende sollen Voraussagen machen, ob es auf Grundlage der Hypothese, es sei "nichts drin" nass werden müsste, wenn es mit der Öffnung nach unten ins Wasser getaucht würde.

  • Zu Bsp. 1.2: Mayr könnte als erste Darstellung eines Gitters eine raumfüllende Variante wählen und erst nach der Diskussion von Modellgrenzen zu einer Kugel-Stäbchen-Darstellung wechseln.

4.4.6.6 Weitere Fehlvorstellungen

Die Beispiele werden als Zitate von Lernenden aus entsprechenden Befragungen angeführt.

Mehr Beispiele finden sich unter

http://daten.didaktikchemie.uni-bayreuth.de/s_didaktik/fehlvorstellungen/06_schuelervorstellungen.htm

dort dann auch jeweils mit Quellenangabe.


Zur eigenen Kontrolle:

  1. II: Arbeiten Sie heraus, worin Unterschiede zwischen der SVO- und der forschenden UM bestehen.

  2. II: Untersuchen Sie, inwieweit sich die historische Unterrichtsmethode zu einer SVO-Methode erweitern lässt.

  3. II: Ordnen Sie die folgenden Aussagen den Begriffen Vorwissen bzw. Fehlvorstellung zu:
    -Wasser siedet bei 100°.
    -Wenn man große Teilchen (Eisenatome) mit kleinen Teilchen (Sauerstoffatome) mischt, rutschen die Sauerstoffteilchen zwischen die Eisenteilchen.
    -Wenn man einen Eisennagel in Säure legt, dann löst er sich auf.
    -Warme Luft ist leichter als kalte Luft.

Hinweise zur Lösung


Download der Abbildungen als PowerPoint - Präsentation

    E-Mail an: Walter.Wagner ät uni-bayreuth.de