Grundlegende Gedanken
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Mit der Planung legt man ja immer eine Struktur von Unterricht an. Nach Leisen wäre zum Beispiel der erste Schritt im Unterricht in der Regel: Ankommen im Lernkontext1
Was bedeutet aber „Im Lernkontext ankommen“ dann jeweils genau? Ist es im Chemieunterricht immer eine Frage plus eine Hypothese? Der Weg des naturwissenschaftlichen Herangehens beginnt doch mit Phänomen → Fragestellung → Vermutung2
Naturwissenschaftlicher Unterricht ist nicht Forschung! Es gibt viele Möglichkeiten der Strukturierung von Unterricht und empirisch belegt ist, dass Basismodelle, die sich am Inhalt und der Zielsetzung orientieren, den Lernerfolg positiv beeinflussen.
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Basismodelle nach Oser lassen sich in Leisen sinnstiftend einbinden.3
Im Folgenden wollen wir drei Basismodelle nach Oser zur Planung von Chemieunterricht nutzen. Entscheiden Sie später selbst, ob sie ihnen mitunter helfen können.
Drei oftmals passende Basismodelle von Oser
Die Grundidee: Sichtstruktur und Tiefenstruktur
Wenn Sie Unterricht planen, denke Sie oft über Sozialformen, Aufgaben, Experimente, Medien, Impulse oder digitale Werkzeuge nach. Diese Ebene bezeichnet man als Sichtstruktur des Unterrichts.
Für den Lernerfolg entscheidend ist jedoch eine zweite Ebene: die Tiefenstruktur. Sie beschreibt die Lernprozesse, die bei den Schülerinnen und Schülern angeregt werden sollen – also die Denk-, Verstehens-, Vernetzungs- und Verarbeitungsprozesse, die sich nicht direkt beobachten lassen. Forschungsergebnisse zeigen, dass diese Tiefenstrukturen deutlich stärker mit Lernerfolg zusammenhängen als einzelne Methoden oder Sozialformen.4
An dieser Stelle setzen die Basismodelle nach Fritz Oser an. Oser geht davon aus, dass unterschiedliche Lernziele unterschiedliche Lernwege erfordern. Wer beispielsweise ein neues Konzept aufbauen soll, benötigt andere innere Lernschritte als jemand, der ein Problem lösen oder Erfahrungen verallgemeinern soll. Deshalb beschreibt jedes Basismodell eine typische Handlungskette von Lernoperationen, die zur Erreichung eines bestimmten Zieltyps notwendig ist. Diese Handlungsketten bilden die Tiefenstruktur des Lernens.5
Für die Unterrichtsplanung ergibt sich daraus eine wichtige Konsequenz:
Nicht die Methode steht am Anfang der Planung, sondern die Frage, welcher Lernprozess bei den Schülerinnen und Schülern ausgelöst werden soll. Und dieser hängt von Inhalt und Ziel ab!
Erst wenn geklärt ist, ob beispielsweise Konzeptbildung, Problemlösen oder Lernen durch Eigenerfahrung im Zentrum stehen soll, werden passende Aufgaben, Sozialformen, Medien und Unterrichtsphasen(!) ausgewählt. Die Sichtstruktur dient dann dazu, die notwendigen Handlungsschritte des jeweiligen Basismodells sichtbar und lernwirksam umzusetzen.6
Zusammengefasst:
- Sichtstruktur beantwortet die Frage „Wie unterrichte ich?“
- Tiefenstruktur beantwortet die Frage „Welcher Lernprozess soll bei den Lernenden stattfinden?“
- Basismodelle helfen dabei, beide Ebenen systematisch miteinander zu verbinden.7
Kurze Erläuterung ausgewählter Basismodelle
Die folgenden Erläuterungen beruhen in wesentlichen Teilen auf einer im Rahmen der QUA-LiS NRW veröffentlichten Folienpräsentation zur lernprozessorientierten Gestaltung von Unterricht und den Basismodellen des Lernens und Lehrens nach Fritz Oser. Die Inhalte wurden für die Arbeit im Fachseminar Chemie überarbeitet, verdichtet und an den Kontext des Vorbereitungsdienstes angepasst.8
Für den Chemieunterricht sehr relevante Basismodelle8
Für den Hinterkopf: Ein Basismodell lässt sich nahezu nie in 45 Minuten abbilden. Mitunter sind sie ineinander verschachtelt. Und es gibt Stunden, die sich keinem zuordnen lassen!
Hier noch eine Leseempfehlung zur vertieften Auseinandersetzung.
Übung
- In M3 sind Ziele typischer Inhalte aus dem Chemieunterricht beschrieben. Suchen Sie sich eines davon aus und überlegen Sie, ob sich daraus ein Basismodell nach Oser ableiten lässt, das der Stunde zugrunde liegen sollte.
- Diskutieren Sie dies in einer Kleingruppe und überlegen Sie gemeinsam, ob sich daraus Handlungsschritte in der Planung ergeben bzw. welche das konkret wären.
- Wenn Sie mögen, dann schauen Sie unter der jeweils verlinkten Seite nach: welche Materialien oder Aufgaben passen vielleicht zu ihrer Herangehensweise?
Drei denkbare Ziele samt Fokus
Ein Tag im Tieftemperatur-Labor in Leiden
Kamerlingh Onnes vor seinem Luftverflüssiger in Leiden 1913.9
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Warum wird selbst Helium flüssig? – Van-der-Waals-Kräfte als Erklärung für den Zusammenhalt unpolarer Teilchen
Lernziel
Die Schülerinnen und Schüler erläutern den Zusammenhalt unpolarer Teilchen mithilfe von Van-der-Waals-Kräften und nutzen dieses Konzept zur Erklärung der Verflüssigung von Helium sowie weiterer Stoffeigenschaften unpolarer Stoffe.
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Vorwissen
Die Lernenden haben zuvor bereits Elektronenpaarbindungen, den Aufbau einfacher Moleküle sowie die Elektronegativität kennengelernt. Zudem haben sie Wassermoleküle als Dipolmoleküle betrachtet und Dipol-Dipol-Wechselwirkungen als anziehende Kräfte zwischen Wassermolekülen beschrieben. Aus diesem Vorwissen heraus entwickeln viele Lernende die Vorstellung, dass sich Teilchen insbesondere dann anziehen, wenn permanente Ladungsschwerpunkte bzw. Dipole vorliegen. Ihre Erwartung wäre also , dass Sauerstoff- oder Stickstoffmoleküle keine zwischenmolekulare Anziehungskräfte besitzen.
Fokus / Inhalt
Ausgehend von einem gedanklichen Besuch im historischen Tieftemperatur-Labor in Leiden setzen sich die Schülerinnen und Schüler mit der Erkenntnis auseinander, dass es offentsichtlich es gelang, Sauerstoff, Sticksoff, Wasserstoff und Helium zu verflüssigen. Die Beobachtung, dass selbst unpolare Heliumatome miteinander wechselwirken müssen, um einen flüssigen Zustand auszubilden, führt zur Notwendigkeit eines neuen Erklärungsansatzes. Auf dieser Grundlage wird das Konzept der Van-der-Waals-Kräfte als Ursache für den Zusammenhalt unpolarer Teilchen aufgebaut und zur Erklärung ausgewählter Stoffeigenschaften genutzt.
Umsetzung hier auf auf LNCU.
Hotpot und Kühlpack - mal warm mal kalt?
Werbung für selbsterhitzenden Kakao und selbstkühlenden Eistee10
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Energieumsätze beim Lösen von Salzen – Gitterenergie und Hydratationsenergie als konkurrierende Prozesse
Lernziel
Die Schülerinnen und Schüler erläutern Temperaturänderungen beim Lösen von Salzen durch das Zusammenwirken von Gitterenergie und Hydratationsenergie und nutzen dieses Konzept zur Erklärung der Wärmeentwicklung in einem Hotpot sowie weiterer Lösungsvorgänge.
Hotpot und Kühlpack - mal warm mal kalt?
Vorwissen
Die Lernenden haben zuvor bereits Lösungsvorgänge von Salzen auf der Stoff- und Teilchenebene betrachtet. Sie kennen Salze als aus Ionen aufgebaute Stoffe, beschreiben den Aufbau eines Ionengitters und können erläutern, dass sich Ionen beim Lösen aus dem Gitterverband lösen und von Wassermolekülen umgeben werden (Hydratation). Die dabei ablaufenden Energieumsätze wurden bislang jedoch nicht systematisch betrachtet.
Fokus / Inhalt
Ausgehend von der Beobachtung, dass sich ein Hotpot beim Kontakt von Salz mit Wasser selbstständig erwärmt, ein Kühlpack aber abkühlt, untersuchen die Schülerinnen und Schüler experimentell die Frage, ob es sein kann, dass manche Lösungsvorgänge Wärme freisetzen, während andere zu einer Abkühlung führen.
Der Lösungsvorgang soll nicht nur auf der Teilchenebene beschrieben, sondern erstmals energetisch betrachtet werden. Die Lernenden entwickeln die Konzepte der Gitterenergie und der Hydratationsenergie und nutzen diese zur Erklärung von Temperaturänderungen beim Lösen von Salzen.
Umsetzung des Experiments und der Beschreibung auf Teilchenebene hier auf auf LNCU.
Welcher Farbstoff ist das hier?
Lebensmittelfarben vor einem Fotometer11
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Farbstoffe mithilfe von Absorptionsspektren identifizieren
Lernziele
Die Schülerinnen und Schüler lernen das Fotometer kennen, nehmen Absorptionsspektren auf und können sie auswertend nutzen, um begründet zu entscheiden, welche Farbstoffe in einer unbekannten Probe enthalten ist.
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Vorwissen
Die Lernenden verfügen bereits über Kenntnisse zu sichtbarem Licht und elektromagnetischer Strahlung, Wellenlänge und Farbeindruck und der Chromatografie als Verfahren zur Trennung von Farbstoffgemischen.
Fokus / Inhalt
Ausgehend von der Frage, wie sich Farbstoffe eindeutig identifizieren lassen, lernen die Schülerinnen und Schüler das Fotometer als analytisches Werkzeug kennen. Sie erkennen, dass jeder Farbstoff ein charakteristisches Absorptionsmuster besitzt und daher über sein Absorptionsspektrum bestimmt werden kann. Die zuvor eingeführte Chromatografie wird dabei um eine zweite analytische Methode ergänzt: Während die Chromatografie Stoffe trennt, ermöglicht die Spektralanalyse ihre Identifikation. Dadurch wird der Blick auf zentrale Arbeitsweisen der modernen chemischen Analytik erweitert.
Umsetzung hier auf auf LNCU.
Weitergedacht
- Denken Sie über eine Stunde nach, die Sie gehalten haben oder bald halten werden: lässt sich aus deren Ziel ein Basismodell nach Oser ableiten? Hilft Ihnen eine etwaige Einordnung bei der Planung?
- Reflektieren Sie anschließende kurz zu der Frage: „Bringen mir persönlich Basismodelle etwas?“