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Experimentelle Hausaufgaben im Chemieunterricht

Examensarbeit 2006 196 Seiten

Didaktik - Chemie

Leseprobe

Inhaltsverzeichnis

1. Vorwort

2. Das Experiment im Chemieunterricht
2.1 Das Experiment als Teil des Lernprozess
2.2 Das Experiment als Hausaufgabe
2.3 Organisation von experimentellen Hausaufgaben
2.4 Rechtsgrundlagen

3. Einführung von experimentellen Hausaufgaben in den Unterricht

4. Didaktische Überlegungen zu experimentellen Hausaufgaben

5. Experimenteller Teil
5.1 Die Experimentfolge
5.2 Die Experimentiergruppen
5.3 Die Experimente - Informationen für die Hand des Lehrers
5.3.1 „Sicheres Arbeiten mit Chemikalien“ (Einführungsaufgabe)
5.3.2 „Tanzende Pflanzen“
5.3.3 „Erhitzen von Stoffen- verdunsten, schmelzen, Reaktion“
5.3.4 „Wie viel Sauerstoff ist in der Luft?“
5.3.5 „Feuerlöschen mit Kaffee“
5.3.6 „Löschpapier mit Rotkohl färben“
5.3.7 „Untersuchen von Stoffen mit Rotkohlpapier“
5.3.8 „Farbwechsel im Rotkohlsaft“
5.3.9 „Herstellen von Kunsthonig“
5.3.10 „Neuer Glanz für alte Münzen“
5.3.11 „Verkupfern von Gegenständen“
5.3.12 „Lösen von Kupferoxid, komplexieren, und verkupfern“
5.3.13 „Eisen-Ionen sichtbar machen: Lösung, Feststoff und Komplex“

6. Vorschriften, Arbeitsblätter und Kurzinformationen für Schüler und Eltern

7. Fazit

8. Literatur
8.1 Verzeichnis der verwendeten Texte und weiterführende Literatur
8.2 Verzeichnis der Abbildungen
8.3 Verzeichnis der Tabellen

1. Vorwort

Von Pisa, TIMSS und anderen Kompetenzstudien, die nationale und internationale Bildungsdiskussionen anregen, wird kaum danach gefragt, wie sich Schüler einen guten Unterricht vorstellen.

Schülerinnen und Schüler werden während ihrer kompletten Schullauf- bahn beurteilt und kategorisiert. Schon bei der Notengebung spiegelt das breite Mittelfeld den Klassendurchschnitt wieder, die Spitzengruppe ist leicht unterbesetzt und der unterdurchschnittliche Rest der Schülerschaft hofft auf eine gute mündliche Note. Aktuell müssen Schüler nicht nur in der Konkurrenz innerhalb der Klasse bestehen, sondern werden auch in internationalen Vergleichen der Bildungssysteme auf ihre Kompetenzen hin getestet. Die sind in Deutschland leider eher unterdurchschnittlich entwickelt. (vgl. Tabelle 1 Auswertung der Pisastudie 2000: Naturwissen- schaftliche Kompetenzen/ Deutschland)

Doch woran liegt das schlechte Abschneiden der deutschen Schüler?

Wenn nicht an der Schule, kann es nur am Lehrer liegen. Liegt es nicht an ihm, dann am Unterricht. Im schlimmsten Falle liegt es am Elternhaus oder gar am Schüler selbst. Denn auch dem besten Lehrer sind die Hände ge- bunden, wenn nicht alle Parteien an einem Strang ziehen. Schule, Lehrer, Eltern und Schüler müssen eine Einheit bilden, um etwas zu bewegen. Vielleicht können sich die Eltern vermehrt am Schulgeschehen zu beteili- gen, indem auch für sie nachvollziehbare Inhalte in den Unterricht einge- bracht werden. Denn Lehrer beklagen (private Gespräche) immer wieder mangelnden Besuch beim Elternabend und Desinteresse der Schüler- schaft am Unterricht. Davon ist wohl hauptsächlich der naturwissenschaft- liche Unterricht betroffen, denn ein Abitur lässt sich auch leichter erlangen, als mit der Wahl der Fächer Chemie, Biologie oder Physik als Leistungs- kurs. Natürlich kann man diese Aussagen nicht pauschalisieren, da es Jahrgänge gibt, in denen gerade die naturwissenschaftlichen Kurse gut belegt sind.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Tabelle 1: Auswertung von PISA 2000, Naturwissenschaften, Ländervergleich (Quelle: Max-Planck-Institut für Bildungsforschung, © 2002, Lentzeallee 94, 14195 Berlin)

Eine naturwissenschaftliche Grundbildung, sowie die damit verbundenen Kompetenzen und überfachlichen Qualifikationen (Schlüsselqualifikationen), sind in der heutigen Berufswelt eine Mindestanforderung an die zukünftigen Generationen.

Unter naturwissenschaftlicher Grundbildung versteht PISA: „ Zur natur- wissenschaftlichen Grundbildung gehören ein Verständnis grundlegender naturwissenschaftlicher Konzepte, wie etwa Energieerhalt, Anpassung oder Zerfall, Vertrautheit mit naturwissenschaftlichen Denk- und Arbeits- weisen sowie die Fähigkeit, dieses Konzept- und Prozesswissen vor allem bei der Beurteilung naturwissenschaftlich-technischer Sachverhalte anzu- wenden. Dies beinhaltet weiterhin die Fähigkeit, Fragen zu erkennen, die mit naturwissenschaftlichen Methoden untersucht werden können, sowie aus Beobachtungen und Befunden angemessene Schlussfolgerungen zu ziehen, um Entscheidungen zu verstehen und zu treffen, die sich auf die natürliche Welt und die durch menschliches Handeln verursachten Verän- derungen beziehen.“[0]

Naturwissenschaftliche Bildung muss, wie jede andere Bildung, zunächst erworben werden und ist nicht von vornherein vorhanden. Genauso, wie man von einer unerfahrenen Klasse nicht von heute auf morgen eine ex- zellente Gruppenarbeit erwarten kann, muss der naturwissenschaftliche Bildungserwerb zuvor geübt werden, sodass der Schüler schließlich selbst in der Lage ist, eigene Fragen zu stellen. In diesem Zusammenhang wird häufig auf die Theorie der geistigen Entwicklung von Piaget1 hingewiesen, in der vor allem die als konkret-operationale und als formal-operationale Phase bezeichneten Entwicklungsstufen für den (Chemie-)Unterricht von Bedeutung sind. „Danach sind Schülerinnen und Schüler, die sich noch auf der Stufe der konkreten Operation befinden, bei ihren geistigen Tätig- keiten an die Anschauung gebunden, an konkrete Beobachtungen und Überprüfen von Fragestellungen.

Erst mit dem Erreichen der formal-operationalen Stufe entwickelt sich die Fähigkeit zur geistigen Auseinandersetzung mit nicht konkret vorhande- nen Dingen und zum hypothetisch-deduktiven Denken.[1]Piaget zufolge sollten Jugendliche bereits im Alter von 12 Jahren, dazu fähig sein. So sollten Schülerinnen und Schüler mit Beginn des naturwis- senschaftlichen Unterrichts in der Lage sein, formal-operational zu den- ken. Andere Untersuchungen ergaben, dass selbst in „zehnten Klassen von Gymnasien sich häufig weniger als die Hälfte der Schülerinnen und Schüler in der formal-operationalen Phase befinden.“[22] Eine Veröffentlichung von Dr. Julia Freienberg und Prof. Dr. Alfred Flint zu „Verbesserungsvorschlägen für einen erfolgreichen Unterricht“[1]passt hier perfekt zur Definition, die PISA und Piaget vorgeben. Freienberg und Flint behandeln sechs Thesen, die ihrer Meinung nach in stärkerem Maße berücksichtigt werden müssten, um gerade in der Sekun- darstufe I für eine höhere Akzeptanz des (Chemie)Unterrichtes und damit für seinen Erfolg zu sorgen.

Die sechs Thesen für einen erfolgreichen (Chemie)Unterricht:

These 1: „Der (Chemie)Unterricht soll einen erkennbaren Beitrag zur Allgemeinbildung leisten.“

Dieser soll auch für die Schüler erkennbar sein und die Aufgabe haben, einen Beitrag zu ihrem Alltag zu leisten.

Diese Aufgaben und Ziele werden in bestimmten Abschnitten der Lehrpläne zwar gefordert, die vorgegebenen Themen und Inhalte machen jedoch deutlich, dass im Wesentlichen die „komprimierte Vermittlung von Fachwissen im Vordergrund steht.“

These 2: „Ein Alltagsbezug sollte so oft wie möglich hergestellt werden.“

Der hohe motivationale Effekt durch die Beschäftigung mit Stoffen aus dem täglichen Umfeld der Schülerinnen und Schüler, zum Erwerb von Allgemeinbildung spielt hier eine Rolle.

Die Lehrpläne lassen jedoch kaum Raum, diese Anliegen und Wün- sche der Schüler zu erfüllen. Flint und Freienberg nennen dafür zwei Gründe:

- „Der Lehrplan sieht weiterhin die Trennung von allgemeiner, an- organischer und organischer Chemie vor. Viele alltägliche Stoffe sind aber der organischen Chemie zugeordnet. Sie passen somit nicht in das Konzept des Anfangsunterrichtes und können daher nicht zur Herstellung eines Alltagsbezugs herangezogen werden.“
- „Die Komplexität der alltäglichen Stoffe hinsichtlich ihrer Zusam- mensetzung und Wirkungsweise stellt ein Problem dar und ist in ihrer Vollständigkeit in der Sekundarstufe I nicht gründlich formal zu erfassen. So wird eine Beziehung zwischen Naturwissenschaft und Alltag erst in der gymnasialen Oberstufe entstehen, um nicht ganz auf eine formale Betrachtungsweise verzichten zu müssen. Hier erreicht man jedoch nur einen Bruchteil der Schüler, die sich vorher noch für den (Chemie)Unterricht interessiert haben.“

These 3: „Der Unterricht soll aktuelle Themen und Inhalte mit einbeziehen.“

Dies geschieht unter Verwendung regionaler und überregionaler Medien. „Der Lehrplan muss Spielraum für solche aktuellen Themen bieten, die Lehrkraft muss bereit sein, zugunsten des Themas den geplanten Unterrichtsgang zu unterbrechen.“

These 4: „Es müssen im (Chemie)Unterricht wichtige, fachliche Inhalte vermittelt werden.“

„Die oben aufgeführten Thesen 1-3 dürfen nicht zu einem strukturie- renden Merkmal für Inhalte und deren Auswahl werden. Es muss im- mer wieder auf gefestigte Grundkenntnisse zurückgegriffen werden, denn einzelne Teilbereiche können nicht losgelöst voneinander be- handelt werden.“

These 5: „Die Schülerinnen und Schüler sollen so oft wie möglich selbst aktiv tätig werden.“

Hier sollen Schülerexperimente zu einem vertieften Verständnis und besseren Leistungen führen. „Die Schüler sind stärker motiviert und die psychomotorischen Fähigkeiten werden geschult.“ Leider steht vergleichsweise wenig Unterrichtszeit für Schülerexperi- mente zur Verfügung, die eher für Demonstrationsexperimente genutzt wird. Dafür sprechen die steigenden Klassenfrequenzen, begrenzte Zeit im Unterricht, bei der Vorbereitung und darüber hinaus materielle Probleme, schlechte Ausstattung und zuwenig Geld für Chemikalien. Weiterhin besteht der Auftrag zur Vermeidung einer Gefährdung der Schülerinnen und Schüler durch die Gefahrstoffverordnung, die den Spielraum zur Verwendung einiger Chemikalien einschränkt.

These 6: „Die geistigen Fähigkeiten und Voraussetzungen der Schülerinnen und Schüler müssen berücksichtigt werden.“

Die Stufe der formalen Operation im Unterricht wird von den wenigsten Schülerinnen und Schülern der zehnten Klassen erreicht. Die formale Operation kann jedoch anhand von bekannten Stoffen, Aufbauten und Experimenten geübt werden, da hier „weniger geistige Kraft für die Er- fassung des Problems gebunden wird und eher zur formalen Deutung zur Verfügung steht.“

Diese Thesen von Freienberg und Flint und das Dilemma der Lehrer und Schulen, sich eingeschränkt in den Möglichkeiten ihrer Umsetzung zu fühlen, haben mich sehr fasziniert. So dachte ich über einen Weg nach, der die Forderung nach dem alltagsbezogenen Schülerexperiment unterstützt und ergänzt, denn im Wesentlichen sprechen die Thesen und auch PISA vom Schülerexperiment, welches all die wichtigen Funktionen erfüllen kann, die im Rahmen der sechs Thesen genannt sind.

2. Das Experiment im Chemieunterricht

Betrachtet man einerseits den hohen pädagogischen Stellenwert von Experimenten im Chemieunterricht und andererseits die Argumente, welche die Durchführung von Experimenten einschränken, nämlich

- Zeit,
- Material und Chemikalien,
- finanzielle Mittel und
- Gefährlichkeit,

so muss man sich darüber Gedanken machen, wie der (Chemie)Unterricht (besser) organisiert werden kann, damit vermehrt Experimente durchgeführt werden können.

2.1 Das Experiment als Teil des Lernprozess

Gerade die Experimente in der Chemie sind meist sehr eindrücklich und werden weniger schnell, als in anderen Fächern vergessen. Farben, Gase, Rauch und Feuer beanspruchen das Gehirn deutlich mehr als Zahlen, Buchstaben und Rechenaufgaben (Eigenerfahrung).

An das Lithium, das wild auf dem Wasser tanzt, erinnert sich jede Schüle- rin und jeder Schüler, der/dem der Versuch jemals vorgeführt wurde. Das gleiche gilt für die Spannung, wenn klar wird, dass Kalium noch heftiger mit Wasser reagieren wird, als es das Natrium schon getan hat. Außerhalb der formalen Deutung lernt man als Schüler konkret-operational, dass die Reaktivität (mit Wasser) innerhalb der ersten Hauptgruppe von oben nach unten zunimmt. Es handelt sich dabei bereits um eine bedeutende wis- senschaftliche Erkenntnis, die zwar einer formalen Deutung entbehrt, für den Schüler zunächst jedoch eine wichtige und unvergessliche Erfahrung darstellt.

Um die Stufe des formalen Denkens zu erreichen, wird man die Reaktionsgleichungen zunächst als Wortgleichungen und dann erst als Formelgleichungen formulieren.

Diese Vorgehensweise ist in der Unterstufe nicht unüblich, da zum Bei- spiel Natrium und Wasser zu Natronlauge und Wasserstoff reagieren. Geht man also zunächst phänomenologisch und dann formal an ein Expe- riment heran, ist der Lern-, Verständnis- und Übungseffekt bedeutend größer, als wenn die Schüler durch den überwiegend herrschenden For- malismus im (Chemie)Unterricht direkt abgeschreckt werden. Chemiestu- denten kennen die Reaktionen auf ihr Fach. „ Wie kann man nur Chemie studieren, da blickt ja keiner durch. Die vielen Buchstaben und Zahlen, wie soll sich das einer merken? “ Chemie wird in großen Teilen der Bevölkerung als ein Fach angesehen, in dem ausschließlich hochintelligente Menschen etwas erreichen können, was natürlich so nicht stimmt. Ein wenig Fleiß und Spaß an der Sache gehört auch dazu. Fleiß und Verständnis bringt man zunächst mit, der Spaß kommt durch guten und anschaulichen Unterricht. Macht der Unterricht und der Inhalt dem Schüler Spaß, fällt es ihm auch leichter, die Aufgaben des Unterrichts zu erfüllen - der Kreis schließt sich.

Auch Bücher, wie z. B. „365 einfache Experimente für Kinder“[12]oder „Experimente mit Supermarktprodukten“[2]können Kinder und Jugendli- che zum Experimentieren motivieren. Es ist wichtig, Kinder schon frühzei- tig mit Literatur dieser Art zu konfrontieren, um ihren Forscherdrang (der übrigens angeboren ist, wie z. B. das Fremdeln bei Säuglingen) zu we- cken und den Weg für eine fundierte, naturwissenschaftliche Grundbildung zu ebnen. (Bücherliste mit Experimenten für Kinder im Literaturverzeich- nis)

Diesen ersten Schritt in Richtung Chemie machen bisher überwiegend die Eltern, indem sie solche Bücher kaufen. Warum sollte nicht auch die Schule verstärkt, das Angebot an leichten, gut verständlichen Experimen- ten nutzen? Hier kommt man zur Organisation im (Chemie)Unterricht zu- rück.

2.2 Das Experiment als Hausaufgabe

Im Unterricht ist wenig Zeit vorhanden, um Experimente als Schülerexpe- rimente zu gestalten. Als Folge daraus ergibt sich die Überlegung Experi- mente in die Freizeit (Freistunden, nach Schulschluss) der Schüler zu in- tegrieren. Meiner Meinung nach sind experimentelle Hausaufgaben gut geeignet, um das Argument „fehlende Zeit“ zu umgehen. Es gilt dabei zu berücksichtigen, dass das Angebot an außerschulischen Aktivitäten immer größer wird. Üblich ist es, dass im Rahmen der Hausaufgabe z. B. die Stunde protokollarisch wiederholt wird, dass Übungsaufgaben gerechnet oder Reaktionsgleichungen aufgestellt werden. Manche Lehrer halten gar Hausaufgaben im Chemieunterricht für sinnlos, da nach ihrer Meinung der Lerneffekt bereits im Unterricht stark ausgeprägt sein sollte. Reproduktive Hausaufgaben sind meist für den Schüler typisch eintönige Hausaufga- ben, die mit forschend-entwickelndem, oder historisch-problemorientiertem Unterricht und anderen „didaktischen Meisterleistungen“ wenig zu tun ha- ben, die aber den Vorgaben der Lehrpläne entsprechen.

Experimente mit Alltagschemikalien machen aufwendige Apparaturen und gefährliche Chemikalien, sowie den entstehenden, meist problematischen Müll überflüssig. Die benötigten Materialien sind mit ein wenig Phantasie leicht zu beschaffen, herzustellen und vielleicht sogar schon vorhanden. Auch die notwendigen Chemikalien gibt es in fast jedem Supermarkt für wenige Euro zu kaufen.

Der Vermeidung von chemischem Müll in der Schule und den damit verbundenen Kosten wird auf diese Weise zumindest ein wenig vorgebeugt. Die entstehenden Kosten belaufen sich auf einige Kopien für Versuchsanleitungen und weiteres Papiermaterial, die von Land, Schule (abhängig von der Finanzverteilung der Schule) und Elternpflegschaft getragen werden und für die „Chemikalien“, die auf die Schülergruppen (trotz Lernmittelfreiheit, da es sich i. d. R. um Beträge von bis zu drei Euro/Experiment/Gruppe handelt) umgelegt werden. Einzig bleibt noch der Punkt der Gefährlichkeit zu klären. Sollte die Schule „grünes Licht“ für solche Hausaufgaben geben, trägt die Versicherung der Schule die Verantwortung für eventuelle Verletzungen, wenn die experimentelle Aufgabe auf dem Schulgelände (siehe 2.4 Rechtsgrundlagen) bearbeitet wird. Verletzt sich eines der Kinder durch heißes Wasser, Scherben oder Verbrennung ist dies eine Sache der Schulversicherung, da das Kind im Auftrag der Schule handelt und zusätz- lich ein zeitlicher und räumlicher Zusammenhang zum Unterricht besteht. Man sollte bedenken, dass man sich genauso im Sportunterricht leicht verletzen kann, nicht zuletzt ist Sport deshalb ein besonderes Abiturfach, das im Verletzungsfall deshalb durch ein anderes Fach ausgeglichen wer- den muss.

Auch die Eltern spielen eine große Rolle bei Experimenten mit Alltags- chemikalien. Wie eingangs schon angeschnitten, bietet diese Variante des Chemieunterrichts zu Hause viele Möglichkeiten, um die Kommunikation zwischen Schule, Eltern, Lehrern und Schülern zu fördern und auf guten Unterricht zu konzentrieren. Viele Eltern, die sonst nicht die Möglichkeiten haben, ihren Kindern bei den Hausaufgaben in Chemie zu helfen, werden auf einfache, helfende Weise integriert, da Schülerinnen und Schüler Haushaltschemikalien einsetzen/benutzen. Die Schülerinnen und Schüler können ihr Wissen aus dem Unterricht nach Hause tragen, sinnvoll bei vielen Anwendungen des alltäglichen Lebens mitreden und auch Sicher- heitsaspekte bei der Verwendung von Haushaltschemikalien verantwor- tungsvoll einbringen, denn

„ Um Kinder zu verantwortungsvollen Menschen zu erziehen, muss man ihnen Verantwortung geben. “

Richard P. Feynman[23]

[...]


1 Piaget, Jean, *1896, † 1980, schweizer. Psychologe, hatte mit seinen Arbeiten u.a. über die Entwicklung der menschlichen Intelligenz bedeutenden Einfluss auf die moderne Erziehungswissenschaft.

Details

Seiten
196
Jahr
2006
ISBN (eBook)
9783638593991
Dateigröße
2.2 MB
Sprache
Deutsch
Katalognummer
v67813
Institution / Hochschule
Studienseminar für Gymnasien in Gießen – Fachbereich Chemie
Note
Sehr gut
Schlagworte
Experimentelle Hausaufgaben Chemieunterricht

Autor

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Titel: Experimentelle Hausaufgaben im Chemieunterricht