Ausgewählte Schülervorstellungen zur Thematik der Brønsted-Säuren und Basen sowie Unterrichtsvorschläge zum Konzeptwechsel


Bachelorarbeit, 2017

25 Seiten, Note: 1,0


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Inhaltsverzeichnis

1. Einleitung

2. Fachliche Klärung

3. Ausgewählte Präkonzepte und Fehlvorstellungen zu Säuren und Basen
3.1 Begriffsdefinition und Einführung in die Problematik
3.2 Allgemeine Schülervorstellungen zu Säuren und Basen
3.3 Vorstellungen zu Säuren/Basen und sauren/basischen Lösungen
3.4 Vorstellungen zur Neutralisation

4. Vorschläge zum Konzeptwechsel
4.1 Begriffsdefinition
4.2 Vorschläge zu 3.2: „allgemeine Schülervorstellungen“
4.3 Vorschläge zu 3.3: „Säuren/Basen und sauren/basischen Lösungen“
4.4 Vorschläge zu 3.4: „Neutralisation“
4.5 Weitere wichtige Vorschläge

5. Schlussfolgerung

6. Abbildungsverzeichnis

7. Literaturverzeichnis

8. Anhang
8.1 Tüpfelvorlage
8.2 Concept Cartoon.

1. Einleitung

Die Grundlage für die vorliegende Arbeit bildet die konstruktivistische Lerntheorie. SchülerInnen[1] erlangen von Grund auf durch Wahrnehmung mit den Sinnen schlussfolgernde Erkenntnisse und schaffen so eine Beziehung zu sich und ihrem sozialen Umfeld. Ein erfolgreicher Unterricht darf deshalb vorhandene Vorstellungen nicht außer Acht lassen, sondern sollte sie gezielt thematisieren, um einen auf Erfahrung basierenden Übergang von den vorunterrichtlichen Vorstellungen zu den wissenschaftlichen Theorien und Modellen der Chemie zu gewährleisten und das Chemieverständnis optimal zu entwickeln. Schüler sind keine tabula rasa, die die Lehrperson je nach Belieben umformen kann, sondern sie gestalten selbst durch soziale Konstruktion ihre eigene Wirklichkeit.

Ziel der Arbeit ist es, Fehlvorstellungen und Präkonzepte zu ausgewählten Unterpunkten im Themengebiet der Säuren und Basen zu präsentieren (in Kap. 3) und im Anschluss Vorschläge aufzulisten, inwieweit ein Konzeptwechsel zu den wissenschaftlichen Theorien erfolgen kann. Die Forschungsfragen lauten dazu: Welche Vorstellungen haben Schüler von Säuren und Basen, insbesondere von sauren und basischen Lösungen gegenüber den reinen Säuren und Basen, und welche von der Neutralisation? Welche Methoden und Vorschläge gibt es, um ebendiese Schülervorstellungen, sofern sie nicht angemessen sind, im Unterricht zu korrigieren?

Das Themengebiet der Brønsted-Säuren und -Basen macht einen wesentlichen Anteil am Gesamtstoff aus und das Donator-Akzeptor-Prinzip ist entscheidend im Chemieunterricht. Im Lehrplan der AHS [2004] liest man auf S. 3 zum Übergebiet Stoffumwandlung und Energetik: „Donator-Akzeptor-Wechselwirkungen als grundlegendes Prinzip chemischer Reaktionen erkennen“.

Die vorliegende Arbeit ist vor allem an zukünftige Junglehrerinnen und -lehrer adressiert, um einen Einblick in die vielschichtige Welt der Schülervorstellungen rund um das essenzielle Themengebiet der Brønsted-Säuren und -Basen zu gewinnen und eine Bewusstheit für die Bedeutung von Schülervorstellungen zu schaffen. Fernerhin soll der Impuls für die Erstellung einer kollektiven Datenbank zur Korrektur von Fehlvorstellungen und zum Einbezug der Präkonzepte gegeben werden.

2. Fachliche Klärung

Im Jahr 1923 entwickelten der Däne Johannes Nicolaus Brønsted[2] und der Amerikaner Thomas Martin Lowry unabhängig voneinander eine bis heute weit verbreitete Säure-Base-Theorie, die als Weiterentwicklung zu dem Konzept von Svante Arrhenius aus dem Jahr 1887 gilt.

Arrhenius verstand unter einer Säure (im Beispiel 1a. HCl) bzw. einer Base (im Beispiel 1b. NH4OH) einen Stoff, der in wässriger Lösung unter Bildung von Wasserstoffionen bzw. Hydroxidionen dissoziiert, gemäß:

1. a. HCl → H+ + Cl- bzw. b. NH4OH → NH4+ + OH-

Nach der Theorie von Brønsted und Lowry sind Säuren keine Stoffe, sondern Teilchen, genauer Moleküle oder Ionen, die H+-Ionen abspalten können. H+-Ionen entstehen aus H durch die Abgabe des Elektrons im 1s-Orbital. H+-Ionen bestehen nur mehr aus dem Atomkern, daher werden sie Protonen genannt. Es gibt drei natürlich vorkommende Wasserstoffisotope: Protium 1H, Deuterium 2H und Tritium 3H. Nur wenn Protium ein Elektron abgibt, spricht man schließlich von Proton.

Die Säurewirkung beruht im Gegensatz zur Arrhenius-Theorie in wässriger Lösung darauf, dass die Säure ein Proton an das Wassermolekül abgibt und so Oxoniumionen entstehen. Die Ionen einer Salzsäure-Lösung stammen also nicht aus der Dissoziation des Chlorwasserstoff-Moleküls (siehe Gleichung 1a.), sondern vielmehr aus einer stark exothermen Reaktion zwischen Chlorwasserstoff -und Wassermolekülen, gemäß:

2. HCl + H2O → Cl- + H3O+

Die Bildung dieser Oxoniumionen bedingen den sauren Charakter einer Lösung. Dabei sind Säuren und Basen keine festgelegten Stoffklassen, sondern Teilchen, die nach ihrer Funktion definiert sind. Will man zur Vereinfachung jedoch Gleichung 1a. anschreiben, muss man beachten, dass freie H+-Ionen aufgrund ihrer hohen Ladung und im Verhältnis dazu kleinen Größe in wässriger Lösung nicht existieren, sie liegen vielmehr hydratisiert vor, z.B. als H3O+.3H2O (=H9O4+-Ion), welches durch Wasserstoffbrückenbindung gebildet wird [vgl. Latscha/Klein, 2009, S. 212]. H+-Ionen existieren also nicht in Lösung, hydratisierte Oxoniumionen schon. Statt dem H+-Ion sollte man, um der Realität näher zu kommen, so wie in Gleichung 2. also H3O+ -Ionen schreiben. Die Stoffmengenkonzentration der Oxoniumionen ergibt den pH-Wert der Lösung. Säuren sind also Teilchen, die Protonen abgeben, sie sind Protonendonatoren. Man unterscheidet zwischen „Neutralsäuren“ (z.B. HCl, HNO3, H2O), „Anionsäuren“ (z.B. HSO4-, H2PO4-) und „Kationsäuren“ (z.B. NH4+, H3O+) [vgl. ebd, S. 221].

Basen sind Moleküle oder Ionen, die Protonen/H+-Ionen aufnehmen. Die Wirkung der Base in wässrigem Milieu beruht darauf, dass die Base ein Proton des Wassermoleküls aufnimmt und so zur Bildung des Hydroxidions führt. Diese Bildung bedingt die basische Eigenschaft einer Lösung. Das Ammoniumion und das Hydroxidion in Gleichung 1. kommen also nicht durch die Dissoziation von Ammoniumhydroxid zustande, sondern vielmehr durch eine chemische Reaktion zwischen Ammoniak- und Wassermolekül, gemäß:

3. NH3 + H2O → NH4+ + OH-

Basen sind Teilchen, die Protonen aufnehmen, sie sind Protonenakzeptoren. Man unterscheidet zwischen „Neutralbasen“ (z.B. NH3, NaOH, NH2OH), „Anionbasen“ (z.B. ClO-, CH3COO-, OH- ) und „Kationbasen“ (z.B. N2H5+).

Der Begriff der Neutralsäuren und Neutralbasen bezieht sich dabei auf die elektrische Neutralität im Molekül, es handelt sich um ungeladene Moleküle!

Die Abgabe oder Aufnahme eines Protons kann nie isoliert auftreten, sondern erfolgt immer gekoppelt als Säure-Base-Reaktion, da es keine freien H+-Ionen in Lösung gibt und die saure oder basische Wirkung eines Moleküls oder Ions eine Funktion des entsprechenden Reaktionspartners darstellt. Säure-Base-Reaktionen sind Protonenübertragungsreaktionen. Dabei wirkt ein Reaktionspartner als Säure, der andere übernimmt die Funktion der Base. Das Proton, das von der Säure abgegeben wird, muss im nächsten Schritt von einem anderen Teilchen, der Base, aufgenommen werden. Die Säure kann quasi nur durch die Anwesenheit der Base ihre Rolle ausführen und umgekehrt. Bei der gekoppelten Ein-Protonenübertragungsreaktion (Protolysereaktion) sind es immer zwei Säure-Base-Paare, die an der Reaktion beteiligt sind und zwischen denen ein so genanntes Protolysegleichgewicht herrscht. Die Protonenaufnahme und -abgabe ist reversibel, es stellt sich folgendes Gleichgewicht ein:

4. HA + B → BH+ + A-

HA und BH+ sind hierbei die Säureteilchen, B und A- übernehmen die Basenfunktion. Ein zusammengehöriges Säure-Base-Paar wie zum Beispiel HA/A- bezeichnet man als konjugiert, da A- die zu HA korrespondierende oder konjugierte Base ist. Diese konjugierten Paare unterscheiden sich immer um ein Proton. Je leichter eine Säure HA ein Proton abgibt, desto stärker ist sie und desto schwächer ist automatisch die konjugierte Base A-. Je leichter eine Base ein Proton aufnimmt, desto stärker ist die Base und desto schwächer ihre konjugierte Säure. Ist B also stärker als A-, so liegt das Gleichgewicht auf der rechten Seite der Gleichung 4.

In Gleichung 2. und 3. sieht man, dass das Wassermolekül je nach Reaktionspartner entweder Säurefunktion oder Basenfunktion einnehmen kann. Es kann sowohl Protonen aufnehmen als auch abgeben. Solche Teilchen nennt man Ampholyte. Dabei sind die beiden konjugierten Säure-Base-Paare folgende: H3O+ / H2O und H2O/ OH-. Weitere Beispiele für Ampholyte sind die Moleküle HCO3-, HPO42− , H2PO4-, HSO4-, Mg(OH)Cl und Glycin (C2H5NO2).

Die Brønsted/Lowry-Theorie ist nicht auf wässrige Systeme beschränkt. Lässt man Ammoniak mit Chlorwasserstoff in der Gasphase miteinander reagieren, entsteht ein weißer Rauch, der sich als Ionenverbindung Ammoniumchlorid (NH4+ Cl-) absetzt. Diese Reaktion ist ein Beispiel für eine Neutralisation, bei der es zu keiner H2O-Bildung kommt. Neutralisationsreaktionen sind im Allgemeinen die Umsetzung einer Säure mit einer Base, bei denen sich beide Reaktionspartner gegenseitig in ihrer Wirkung aufheben. Äquivalente Mengen einer starken Säure mit einer starken Base bilden eine Lösung, die am Ende weder basisch noch sauer, sondern neutral ist (pH=7). Man nehme beispielsweise die Umsetzung von wässriger HCl mit wässriger NaOH-Lösung:

H3O+ (aq) + Cl- (aq) + Na+ (aq) + OH- (aq) → Na+ (aq) + Cl-(aq) + 2 H2O

Die Nettoreaktion dazu lautet: H3O+ + OH- → 2 H2O

Die eigentliche Reaktion der Neutralisation in wässrigen Systemen ist also nicht wie oft angenommen die Salzbildung, die übrigens erst durch Eindampfen der Salzlösung, die aus Metallkationen und Säurerestanionen besteht, erfolgt, sondern vielmehr die Vereinigung zu Wassermolekülen. Dabei entsteht die Neutralisationswärme von 57,4 kJ.mol-1 H2O [Riedel/Janiak, 2011, S. 321].

3. Ausgewählte Präkonzepte und Fehlvorstellungen zu Säuren und Basen

3.1 Begriffsdefinition und Einführung in die Problematik

Um in diesem Kapitel ausgewählte Schülervorstellungen zur Thematik der Säuren und Basen im Chemieunterricht zu präsentieren, ist es wichtig, die beiden Begriffe Präkonzept und Fehlvorstellung vorerst in Beziehung zu setzen[3]: Für Barke [2006] sind Präkonzepte alternative oder vorunterrichtliche Vorstellungen, die aus der Lebenswelt der Schüler in den Unterricht eingebracht werden, wohingegen Fehlvorstellungen im Unterrichtsgeschehen selbst generiert werden, also hausgemacht sind. Während man Präkonzepte nicht vermeiden kann, sie jedoch erheben und in den Unterricht miteinbeziehen soll, möchte man hausgemachte Vorstellungen gar nicht erst aufkommen lassen. Dabei ist festzuhalten, dass fehlerhafte Vorstellungen nicht den Lernenden vorzuwerfen sind, sondern im Sinne eines konstruktivistischen Lernansatzes in den Unterricht miteingebunden werden müssen. Auch kann eine Evaluation der Vorstellungen am Beginn und Ende einer Unterrichtseinheit als Feedback für den Lehrer herangezogen werden. Hausgemachte Fehlvorstellungen entstehen im Chemieunterricht etwa dadurch, dass „der Modellbegriff nicht klar ist und die Fachsprache hinsichtlich der Stoffe, der Teilchen und der chemischen Symbole nicht angemessen differenziert werden“ [Barke, 2006, S.30].

Schüler haben Schwierigkeiten, einem stark begriffsorientierten Chemieunterricht zu folgen, wenn dieser wenig oder gar keinen Bezug zu ihrem Alltag und Umfeld bietet. Aber nicht nur die terminologischen Unklarheiten, auf die in Kapitel 3.2 noch näher eingegangen wird, können fehlerbehaftete Schülervorstellungen hervorbringen, sondern ebenso die beobachtbare Ebene. Als Beispiel führt Vanessa Kind [2004] auf, dass es Schülern Mühe bereitet, mit der phänomenologischen Unterscheidung zwischen sauren/basischen Lösungen und reinem Wasser umzugehen, da ohne die jeweilige Verwendung von Indikatoren kein Unterschied der Lösungen zu erkennen ist. Es tritt bei manchen Säure-Base-Reaktionen keine sichtbare Veränderung ein [vgl. Kind 2004, S.48]. Auch verwechseln viele Schüler die Farben von Indikatoren in sauren und basischen Lösungen mit der Farbe von Säuren und Basen an sich. Schüler geben an, dass eine Säure rot oder gelb sei und Basen eine blaue Farbe hätten [vgl. Musli 2004, S. 64]. Musli hat in seiner empirischen Erhebung [2004] zu Schülervorstellungen in Deutschland einen Fragebogen zur Säure-Base-Thematik entwickelt. Dabei wurden 109 Schüler befragt; das Ergebnis aus der umfassenden Forschung ist ernüchternd (siehe Kap. 3.2). Die Varianz der Antworten ist jedoch höher als gedacht. Musli [2004] schreibt: „Dies zeigt, dass die gesamte Säure–Base–Theorie trotz der starken Verankerung in den Rahmenrichtlinien und deren Einflüssen auf viele andere Gebiete der Chemie nicht wirklich verstanden zu sein scheint“ [S.84]. Das soll verdeutlichen, wie substanziell ein gelenktes Adressieren von Schülervorstellungen zu diesem Thema im Unterricht ist.

3.2 Allgemeine Schülervorstellungen zu Säuren und Basen

Musli [2004] zeigt auf, dass Säuren oftmals als viel aggressiver und gefährlicher gesehen werden als Basen. Säuren sind demnach ätzender, sie zerstören, sind giftig und sie werden von Kindern und Jugendlichen als „etwas Negatives“ angesehen [S. 42]. Essigsäure ist in der Chemie eine ätzende und gefährliche Substanz, im Alltag jedoch harmlos [S. 44]. Hydroxide und konzentrierte Laugen werden dabei vermehrt ausgeklammert. Dies hat damit zu tun, dass in den Medien oftmals ein stärkerer Fokus auf Säuren und saure Lösungen gelegt wird. Basen spielen in der alltäglichen (Medien)-Welt im Gegensatz zu Säuren keine so dramatisierte Rolle.

Präkonzepte gründen auch in der Alltagssprache der Schüler und sind tief verknüpft mit deren Erfahrens-und unmittelbarer Lebenswelt. So wird beispielsweise ein „enthalten sein von“ bei Salzsäure oder Schwefelsäure so interpretiert, dass Salzsäure aus Salz und Säure, Schwefelsäure aus Schwefel und Säure besteht [vgl. Musli 2004, S.43f]. Auch wird eine Säure mit einem sauren Geschmack in Verbindung gesetzt, wie bei Zitronen- oder Essigsäure und dem gegenüber einer Base den Geschmack süß zugeteilt. Demnach wird Haushaltszucker von einigen Schülern als eine Base wahrgenommen [ebd.].

Barke et al. [2015] beschreiben, dass die Vermischung der Begriffe der Arrhenius- und Brønsted-Theorie im Unterricht dazu führt, dass der Protolysegrad mit dem Dissoziationsgrad vertauscht wird. Lehrende sollen H+-Ionensymbole historisch angemessen beim Unterrichten der Arrhenius-Theorie und H3O+-Ionen bei der Brønsted-Theorie anschreiben.

Eine Erhebung, die von Hand und Treagust [in Kind 2004] im Jahr 1988 unter 60 16-jährigen Schülern durchgeführt wurde, zeigt fünf ausschlaggebende Kernvorstellungen auf. Zwecks der umfangreichen Thematik wird nur auf die ersten drei eingegangen:

„(1) An acid is something which eats material away or which can burn you;
(2) Testing for acids can only be done by trying to eat something away;
(3) Neutralisation is the breakdown of an acid or something changing from an acid“

[S. 45]. Auch hier kann man erkennen, dass das Konzept der Basen weitaus weniger entwickelt ist als das Säurekonzept.

Da in der Brønsted-Theorie Säuren und Basen keine Substanzen sind, sondern als Teilchen, genauer Moleküle oder Ionen, klassifiziert werden, ist dieser Umstand auch Grund zur Unklarheit in der Terminologie von Säuren und Basen. Sumfleth schreibt hierbei: „Der Base-Begriff ist für Schüler schwieriger, wenn sie erst Arrhenius kennengelernt haben, als wenn sie nur die Brönstedt´sche [sic] Deutung kennen“ [Sumfleth 1992, S. 413, zit. nach Musli 2004, S. 51]. Ihrer Meinung nach ist es für Schüler auch daher so schwierig, Säuren und Basen wissenschaftlich korrekt zu beschreiben, weil man sowohl Basen als auch Säuren als 1) Teilchen, als 2) Stoffe oder auch als 3) Lösungen beschreibt. Der Säuregehalt einer Lösung kann beispielsweise schwer bestimmt werden, wenn die Lösung selbst als Säure definiert wird. So kann die Eigenschaft von der Funktion sprachlich nicht unterschieden werden.

Auch Barke/Hazari/Yitbarek [2009] stimmen dieser Ansicht zu. Säuren können für Schüler folgendermaßen gesehen werden:

„1. acids as pure substances like the gas hydrogen chloride (HCl),
2. acids as solutions like hydrochloric acid, containing H+ (aq) ions and Cl- (aq) ions,
3. acids as particles like hydronium ions, H3O+ (aq).“ [S. 176].

Schülern bereitet es also Schwierigkeiten, von der Teilchenebene auf die Stoffebene zu wechseln und umgekehrt. Die o.g. Autoren beschreiben, dass Schüler, selbst in höheren Klassen, vorzugsweise auf der Stoffebene bleiben. Barke [2014] gibt dazu als Beispiel folgenden Satz an: „Carbonat-Ionen reagieren mit Citronensäure“ [S.22]. Er schlägt vor, entweder auf der Substanzebene von Calciumcarbonat mit Citronensäure, oder auf der Teilchenebene von der Reaktion von Carbonat-Ionen mit Citronensäure-Molekülen zu sprechen, um nicht beide Ebenen miteinander zu vermischen.

Allgemein kann man sagen, dass Schüler Säuren und Basen nicht gleichwertig sehen, sondern eher als Gegensätze. Auch die Anzahl der Säuren und Basen unterscheiden sich merklich bei Nennungen, das Konzept der Basen wird nicht verstanden [vgl. Musli 2004, S. 84].

Gleichermaßen kann der Protonenbegriff Verwirrung stiften. Lernende der Chemie glauben diesbezüglich, dass bei Protonenübertragungsreaktionen tatsächlich Protonen aus dem Kern des Atoms oder Ions gelangen. Sie haben Probleme zu verstehen, warum das H+-Ion ein Proton ist.

Hier soll angemerkt werden, dass auch die in den Medien weit verbreiteten Diäten gegen „Übersäuerung“ durch eine Imbalance des Säure-Basen-Haushalts ausgelöst durch Ernährung und die daraus entstehenden, als pseudowissenschaftlich eingestuften Basenfastenkuren, „Entschlackungskuren“, Säure-Basen-Balance-Diäten und dergleichen in der Gesellschaft zu einem gestörten Wissenschaftsverständnis von Säuren und Basen im Körper, ferner im Alltag, führen und die falsche Annahme, dass Basen harmloser als Säuren sind, noch verschärfen und somit die Problematik weiter verstärken.

3.3 Vorstellungen zu Säuren/Basen und sauren/basischen Lösungen

Eine reine Säure von einer sauren Lösung zu unterscheiden, mag schwerfallen, wenn Schüler den Begriff der Dissoziation nach Arrhenius (beispielsweise aus dem Unterstufenchemieunterricht) nur auswendig gelernt haben. Der Unterschied zwischen einer sauren Lösung und einer reinen Säure liegt darin, dass die reine Säure nicht dissoziiert vorliegt und auch kein pH-Wert berechnet werden kann, da in der reinen Säure weder H+ noch H3O+ -Ionen vorhanden sind. In dem schon vorgestellten Fragebogen von Musli [2004] stellt der Autor den Schülern folgende Aufgabenstellung: „Kennzeichne Gemeinsamkeiten und Unterschiede einer reinen Schwefelsäure (H2SO4) und einer Schwefelsäurelösung mit einer Konzentration von c = 0,1 mol/L“ [S. 58].

45% der Antworten hatten die Verdünnung anstelle der Dissoziation als Unterschied angesehen, nur 10% der Antworten waren korrekt. Ein Beispiel für eine ungünstige Modellvorstellung wird hier mittels zweier Becherglasmodelle gezeigt:

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abb. 1: Schülervorstellung zur Schwefelsäure-Lösung

Schüler verstehen die Verdünnung von reiner H2SO4 oft so, dass ein bloßer Verdünnungseffekt und eine Konzentrationsänderung erfolgt, anstatt dass folgende stark exotherme Reaktion stattfindet und man eine Schwefelsäure-Lösung erhält: „H2SO4 -Molekül + 2 H2O-Moleküle → 2 H3O+ (aq)-Ionen + SO4 2- (aq)-Ion“ [Barke 2006, S.199]. Hierbei ist der Merksatz „Erst das Wasser dann die Säure, sonst passiert das Ungeheure“ zu beachten.

Sascha Schanze beschreibt im Basisartikel in der Zeitschrift Naturwissenschaften im Unterricht Chemie [2016] den Unterschied zwischen Chlorwasserstoffsäure und Salzsäure. Nach Brønsted ist Chlorwasserstoff die Säure und Salzsäure ihre wässrige Lösung. So ist es jedoch üblich, die wässrige Lösung von Chlorwasserstoff fälschlicherweise als Chlorwasserstoffsäure zu bezeichnen [vgl. Schanze 2016, S. 3]. Salzsäure färbt also den Pflanzenfarbstoff Lackmus rot, Chlorwasserstoff selbst jedoch ebenso wenig wie andere reine Säuren [vgl. S.6]. Schanze schreibt im Gegensatz zu Sumfleth (siehe dazu auch Kap. 4.2) ebenda: „Für eine direkte Analogie[4] wäre der Begriff basische Lösung als wässrige Lösung einer Base geeigneter als alkalische Lösung“. Der Autor schreibt, dass auch die beiden Begriffe Lösen und Auflösen oft synonym verwendet werden, wobei das Auflösen eine chemische Reaktion darstellt, während das Lösen ein „Mischungsprozess“ beschreibt, der die Dissoziation miteinbezieht [vgl. S.4].

3.4 Vorstellungen zur Neutralisation

Die Neutralisation wird oft als ein „wieder gut machen“ oder „rückgängig machen“ interpretiert [vgl. Musli 2004, S. 43f]. Weiters schreiben Schüler gerne, dass Säuren und Basen nach der Neutralisation im Gleichgewicht vorliegen, als ob sie nach der Reaktion noch in äquivalenten Mengen vorhanden seien [vgl. Barke 2014, S.23]. Barke schreibt, dass nur wenige Schüler mit dem Begriff neutral die Abwesenheit von Oxonium- und Hydroxidionen nach der Reaktion meinen, sondern von einer Aufhebung der Ionenladung im Sinne von elektrischer Neutralität ausgehen.

Man nehme die Umsetzung von wässriger HCl mit NaOH-Lösung und fragt nach der Reaktionsgleichung und den Teilchenarten, die an der Reaktion beteiligt sind. Die Schüler in der empirischen Befragung konnten nur zu 33,9% diese Reaktion als Neutralisationsreaktion definieren [Musli 2004, S.70]. Der Rest gab an, dass es sich um RedOx-Reaktionen oder der Methode der Titration handelte. Ein Schüler formulierte sogar: „Natronlauge + Salzsäure → Natronsäure + Salzlauge“ [ebd.]. 4,6% der Schüler gingen davon aus, dass die reagierenden Teilchen die Na+ - und Cl- -Ionen seien [S. 69], obwohl diese nur „Zuschauerionen“ oder im Englischen auch „spectator ions“ genannt, sind. Barke et al. [2015] beschreiben dazu eine fundamentale Vorstellung:

„In keinem Fall ist die Aussage […] zu akzeptieren, dass beispielsweise bei der Reaktion von Salzsäure mit Natronlauge[5] „HCl ein Proton an NaOH abgibt“: Die starke Säure „HCl-Molekül“ protolysiert vollständig in Gegenwart von H2O-Molekülen, in der Lösung befinden sich die H3O+(aq)-Ionen als Säure-Teilchen, die jeweils ein Proton an OH–(aq)-Ionen der Natronlauge abgeben.“ [S. 237].

Wenn Schüler diese Feststellung verinnerlicht haben, dann verstehen sie auch, warum eben nicht die Salzbildung das Charakteristikum für eine Neutralisation darstellt, sondern die Bildung von Wassermolekülen der entscheidende Faktor ist und meistens eine Salzlösung übrigbleibt. Die Reaktionsgleichung des o.g. Beispiels wird zu rund 80% folgendermaßen angeschrieben: HCl + NaOH → NaCl + H2O. Für etwa die Hälfte der Schüler ist die Dissoziation von NaCl bedeutungslos, die Anderen gaben die Reaktionsgleichung mit korrekten Ionensymbolen an und notierten sogar die vereinfachte Nettogleichung: H+ + OH- → H2O.

Oft wird vonseiten der Schüler sogar von NaOH-Molekülen, sowie Salzmolekülen gesprochen, die schlichtweg falsch mit der Molekülstruktur Na-O-H bzw. Na-Cl angeschrieben werden [vgl. Barke 2006, S. 191]. Barke gibt an, dass es möglicherweise deshalb zu dieser Vorstellung kommt, da die Atombindung im Chemieunterricht viel intensiver als die Ionenbindung behandelt wird und es daher für Schüler nicht geläufig ist zu erkennen, dass NaCl eine Ionenverbindung und kein Molekül ist. Durch Bruttogleichungen werden also Fehlvorstellungen generiert. Erst durch das Eindampfen der übrig gebliebenen Salzlösung, in diesem Fall der NaCl-Lösung, entsteht festes Kochsalz. Werden nämlich keine Ionen als kleinste Teilchen, die reagieren, formuliert, sondern die Summensymbole angeschrieben, dann wird die Substanzebene mit der Teilchenebene vermischt. Lin und Chiu [2009] schreiben, dass Schüler oft glauben, dass der Begriff Neutralisation wie eine Art „hidden persuader“[6] agiert, indem er Schüler dazu verleitet, zu glauben, eine Neutralisationsreaktion hätte immer eine neutrale Lösung zur Folge.

Die folgende Auflistung stellt einige Formulierungen der 109 befragten Schüler [Musli, 2004] für die o.g. Reaktionsgleichung dar:

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abb. 2: Schülervorstellungen zur Neutralisationsreaktion

4. Vorschläge zum Konzeptwechsel

4.1 Begriffsdefinition

„Lernende müssen ihr Wissen auf der Basis ihres vorunterrichtlichen Wissens selbst konstruieren, sie können es nicht vorfabriziert, weitgehend passiv übernehmen.“ [Häußler et al. 1998, S.90].

Der konstruktivistische Lernansatz geht auf den philosophischen Konstruktivismus zurück. Lernen wird als Wirklichkeitskonstruktion aufgefasst, als Autopoiesis. Wissen kann demnach nicht einfach von A nach B transportiert werden, sondern ist vielmehr abhängig vom Vorwissen und den Vorerfahrungen des Lerners. Nach Häußler et al. [1998] kann man sich das Wissen und die Kompetenzen eines Schülers als komplexes Netzwerk vorstellen. Konzeptwechsel bedeutet das Neugestalten dieses Geflechts [vgl. S. 172], es ist jedoch kein bloßes Austauschen von Begriffen, Vorstellungen oder Konzepten gemeint. Der Terminus Konzeptwechsel bezeichnet vielmehr einen Übergang von den vorunterrichtlichen, alternativen oder ursprünglichen Präkonzepten hin zu den wissenschaftlichen Vorstellungen und Theorien. Dieser Übergang ist nur dann möglich, wenn ein so genannter kognitiver Konflikt nach Jean Piaget beim Schüler erzeugt wird. Dies passiert, wenn vorhandene Schemata und Erfahrungen nicht mehr zusammenpassen und der Lernende schließlich aus einer Reaktion heraus seine Denkstrukturen umgestaltet. Dabei sind vier Grundvoraussetzungen essenziell, die Posner, Strike, Hewson und Gertzog (1982) wie folgt definieren:

„1. Die Lernenden müssen mit den bereits vorhandenen Vorstellungen unzufrieden sein,
2. die neue Vorstellung muss logisch verständlich sein,
3. sie muss einleuchtend (plausibel) sein,
4. sie muss fruchtbar sein, d.h. sich in neuen Situationen als erfolgreich erweisen.“ [in Häußler et al. 1998, S. 193].

Häußler et al. betonen jedoch im selben Zug, dass sich diese Bedingungen „nur schwer in die Praxis umsetzen lassen“. Schon durch das alleinige Explizieren der möglichen Präkonzepte und Fehlvorstellungen zu diesem Thema werden manchem Leser bereits Lösungsvorschläge zum Einbezug und zur Korrektur einfallen. Zum Beispiel mag es leichtfallen, zu dem Schluss zu kommen, basische Lösungen und Hydroxide in den Unterricht gezielter anzusprechen, wenn bekannt ist, dass im Allgemeinen ein zu starker Fokus auf den sauren Lösungen sowie Säuren liegt. Im Folgenden wird eine Auflistung der Vorschläge zu einem Übergang von den im vorherigen Kapitel eingehend diskutierten Schülervorstellungen hin zu den wissenschaftlichen Konzepten für den Chemieunterricht behandelt.

4.2 Vorschläge zu 3.2: „allgemeine Schülervorstellungen“

Alex H. Johnstone [2000, in Barke 2006] veranschaulicht in seinem „Chemical Triangle“ (Abb. 3) eine Anregung, um durch das Chaos der Begrifflichkeiten zu Säuren und Basen zu einem laut Barke [2006] „optimalen Chemieverständnis“ zu gelangen. Das Dreieck zeigt drei Ebenen des Argumentierens im Chemieunterricht: Die „macro“-Ebene, die „submicro“-Ebene und die darstellende, symbolische Ebene [vgl. Barke 2006, S. 30f.]:

Abb. 3: „Chemical Triangle“ nach Johnstone

Nach Johnstone [2000, in Barke 2006] ist es widersinnig, Schülern alle drei Ebenen gleichzeitig vorzustellen und dass genau dieser Sachverhalt Grund für viele hausgemachte Fehlvorstellungen sei [vgl. Barke 2006, S. 30]. Er zeigt jedoch auf, dass es Übung und Zeit braucht, bis Schüler sowie Chemielehrer auf allen Ebenen simultan operieren können.

Gemäß Barke [2006] ist besonders der Übergang von der makroskopischen, also all das, was man mit den Sinnen wahrnimmt direkt auf die symbolische Ebene, z.B. chemische Symbole, Formeln und Reaktionsgleichungen, problematisch. Hierbei würden die Reaktionsgleichungen und Formeln nur auswendig gelernt werden, jedoch nicht verinnerlicht und in ein Gesamtkonzept gebracht. Ein klares Verständnis kann jedoch nur das „submicro“-Level bringen: Erst dann können „Formeln und Gleichungen als verkürzte Modellvorstellungen der beteiligten Moleküle oder Ionen von den Lernenden akzeptiert und verstanden werden“ [Barke 2014, S.24]. Es ist also wichtig, alle drei Ebenen sprachlich zu trennen, ohne die Schüler damit zu überfordern, sondern so, dass es bewusst transparent bleibt, um zu erreichen, dass sie letztendlich erfolgreich auf der symbolischen Ebene argumentieren. So kann die Stoffebene und die Teilchenebene wirksam unterschieden werden. Dabei soll so vorgegangen werden, dass man zuerst die makroskopische Ebene beleuchtet, dann mittels Becherglasmodellen auf das submicro-level gelangt, um schließlich zur darstellenden Ebene vorzudringen. Darauf wird in Kapitel 4.4 näher eingegangen.

Schanze [2016] schreibt, dass der Säure-Base-Begriff Probleme bereitet, weil er „mehrere theoretische Konzepte beinhaltet, die auf unterschiedlichen Abstraktionsebenen wirken“ [S.4]. Das Donator-Akzeptor-Konzept findet sich sowohl in der Theorie von Brønsted/Lowry als auch in der Theorie von Lewis wieder, welche Elektronenpaare miteinbezieht und unabhängig von Protonenübertragung ist, nicht aber in der Theorie von Arrhenius. Die Theorie von Lewis ist nicht im Lehrplan verankert. Es herrscht in der angegebenen Literatur Uneinigkeit darüber, ob die Arrhenius-Theorie überhaupt eingeführt werden, nur die Brønsted-Theorie gelehrt werden oder beide Theorien nebeneinander vorgestellt werden sollten. Musli [2004] schreibt auf S. 91, dass eine Möglichkeit bestünde, ausschließlich mit dem Säure-Base-Konzept von Brønsted zu verfahren. Der Autor beschreibt jedoch auch den Vorschlag, die historische Entwicklung des Begriffs selbst zum Unterrichtsthema werden zu lassen [vgl. ebd.]. Barke [2006] gibt an, möglichst früh die Definition nach Brønsted einzuführen, da dieser die Begriffe der schwachen Säuren, Säurekonstanten oder Puffer erklären kann [vgl. S. 199].

Um die Alltagsprache von der Sprache der Chemie zu trennen, mag es hilfreich sein, den Einfluss von Medien und Werbung heranzuziehen, wie etwa (populärwissenschaftliche) Zeitungsartikel, Werbespots oder Fernsehfilme, die allgemeine Vorurteile gegenüber der Chemie oder auch gezielt falsche Vorstellungen zu Säuren und Basen behandeln. Dazu wird Barke et al. [2015] zitiert: „Der Chemielehrer ist vermutlich der einzige, der zu Beginn seines Unterrichts vor eine Klasse treten muss, die sich ihre Meinung über den Wert oder besser Unwert des Faches gemacht hat, welches nun auf sie zukommt“ [S.269].

Besonders die Kritikfähigkeit sollte im Unterricht geschult werden. Schüler sollen nicht einfach hinnehmen, sondern argumentieren, Fragen stellen und sich in diesem Prozess auch trauen, Fehler zu machen. Hilfreich wären auch Geschichten vom Scheitern berühmter Wissenschaftler, um aufzuzeigen, wie wichtig es ist, aus Fehlern zu lernen. Schüler sollen zu der Erkenntnis gelangen, dass sie genau wie diese frühen Wissenschaftler denken und ihre Präkonzepte nicht falsch sind, sondern sie einen Schritt auf dem Weg zu einem gelungenen Wissenschaftsverständnis darstellen. Auch Barke [2006] schlägt vor, Spielfilmszenen realistisch in Bezug zum wissenschaftlichen Inhalt zu integrieren, um die Kompetenzen der Schüler zu fördern sowie eine generelle Motivation für das Thema zu schaffen.

Bei den ersten beiden Kernvorstellungen: „An acid is something which eats material away or which can burn you“ und „Testing for acids can only be done by trying to eat something away“, die auf S. 7 in dieser Arbeit aufgelistet wurden, sollte im Unterricht darauf eingegangen werden, dass es bei Säure-Base-Reaktionen zu keiner Vernichtung kommt und die Säure kein Gegenteil der Base darstellt. Im Alltag werden Begriffe wie „Fleckenentferner“, „Tintenkiller“, „Kalkentferner“ verwendet, jedoch muss aufgezeigt werden, dass es zu Reaktionen zwischen den einzelnen Substanzen kommt und der „Fleck“ nicht verschwindet, sondern sich im Lösungsmittel löst.

4.3 Vorschläge zu 3.3: „Säuren/Basen und saure/basische Lösungen“

Im Kapitel 3.3 wurde bezüglich der Begriffe beschrieben, dass Säuren als Teilchen, als Stoffe und als Lösungen gelten. Es wurde gezeigt, dass man schwer den Säuregehalt einer Lösung bestimmten kann, wenn die Lösung selbst als Säure definiert wird (S.8). Sumfleth gibt [in Musli 2004, S. 54] folgende mögliche Lösung an, um den Säurebegriff zu differenzieren: Sie schlägt vor, die Begriffspaare

Säure/Base allein für die Teilchen und Stoffe,

sauer/alkalisch für die Eigenschaften von Lösungen und

acid/basisch für die Funktion zu verwenden.

Musli [2004] beschreibt die Funktion folgend: „Teilchen reagieren acid, wenn sie Protonen abgeben und basisch, wenn sie Protonen aufnehmen.“[ebd.]. Die Eigenschaft einer Lösung muss von ihrer Funktion unterschieden werden. Reine Säuren wirken demnach acid, sind aber nicht sauer. Reine Basen wirken basisch, sind aber nicht alkalisch. Der Begriff acid wird beispielsweise in der organischen Chemie[7] benutzt.

Ob man nun acid oder sauer, basisch oder alkalisch schreibt: Besonders eine konsequente Verwendung von neu eingeführten Begriffen ist wesentlich für einen gelungenen Unterricht.

Um den Alltag mit dem Chemieunterricht zu verbinden, schlagen Barke et al. [2015] vor, auch neben den üblichen im Studium gelernten Experimenten, welche hier zur Vollständigkeit kurz angeführt werden, weitere Reaktionen und Substanzen anzuführen: Indikatorversuche mit Rotkrautsaft, die Bildung von Salmiak (=Ammoniumchlorid), die Verbrennung von Schwefel, verschiedene pH-Wert-Messungen, Tüpfelversuche zur Pufferwirkung und zum pH-Wert (ein Beispiel für Letzteres, von Frau Mag. Gabriela Jelinek entwickelt, befindet sich im Anhang), die Entstehung eines Kohlepilzes, Neutralisationstitrationen, der Chlorwasserstoff-Springbrunnen und so fort. Die weiteren Reaktionen und Substanzen sollen nach Barke et al. aus dem Bereich Küche (Lebensmittel), Badezimmer (Seifen, Reiniger) und Garten (saurer Regen) kommen, um Alltagsbezüge zu schaffen und die intrinsische Motivation zu fördern [vgl. Barke et al. 2015, S.50]. Schüler sollen Haushaltschemikalien mit Universalindikator testen, die Verwendung basischer wie saurer Reiniger untersuchen und schließlich die Neutralisation dieser Lösungen erarbeiten [vgl. S. 267ff]. Weitere mögliche Themen zu Säure-Base-Reaktionen werden hier aufgelistet: Brausetabletten, Aspirin, Vitamin C, Backpulver: Natron und Hirschhornsalz, „Entkalker“, Maurermörtel (Blitzzement: Ca(OH)2), Bleichmittel, WC-Reiniger, Deodorants, Mineral-Tabletten, Brandbekämpfung, Alkoholtest mit K2Cr2O7, Düngemittel und Waldsterben [vgl. S. 272 ff.], wobei die letzten beiden nach einer Erhebung in den Jahren 1986 und 1995 in Jena und Hannover [in Musli 2004, S. 94] auf geringes Interesse vonseiten der Schüler stoßen. Es wird angemerkt, dass manche dieser Reaktionen z.B. im Punkt Düngemittel und beim Alkoholtest auch Redoxreaktionen miteinschließen.

Weitere Alltagsbezüge zu sauren Lösungen wären die Verdauungsvorgänge im Magen durch HCl, verdünnte H2SO4 in Mineralwasser, H3PO4 in Softgetränken und die Verwendung von Zitronensäure und Essigsäure in der Küche [vgl. Barke 2006, S. 197]. Barke et al. [2015] geben aufgrund der Fülle an möglichen Themen auf S. 280 an, dass „ein alltagsbezogener Chemieunterricht im unreflektierten Sinne keine Alternative zu einem klar strukturierten, verständlichen Fachunterricht sein kann.“ Es soll das Interesse der Schüler jedenfalls berücksichtigt werden.

Auch Becherglasmodelle sowie Kugelteilchenmodelle eigenen sich, um saure wie basische Lösungen in diesen Modellen korrekt darzustellen. Erstere sollen von den Schülern selbst gezeichnet werden und das (aq)-Symbol eingehend erklärt werden. Becherglasmodelle können auch als Power-Point-Präsentation oder als Video animiert werden und im Unterricht gezeigt werden. In Abbildung 4 ist aus einem Schulbuch von Barke (aus „Chemie heute“, 2001) die Bildung von HCl gezeichnet [in Musli 2004, S.93.]:

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abb. 4: Kugelteilchenmodell zur Salzsäure

Um zu zeigen, dass Basen korrosiver als Säuren sind, schlägt Kind [2004] vor, verdünnte Säuren und Basen gleichzeitig auf Papier, Nylon, Aluminiumfolie oder Baumwolle zu träufeln und die Proben über die Zeit hinweg zu beobachten [vgl. S. 48].

4.4 Vorschläge zu 3.4: „Neutralisation“

Wenn im Unterricht die Ionen in den Ausgangslösungen als Becherglasmodelle dargestellt werden und schließlich die Neutralisation behandelt wird, fällt es Schülern leichter die H2O-Molekülbildung als entscheidendes Charakteristikum dieser Reaktion anzusehen, anstatt von „Salz-Molekülen“, wie in Unterkapitel 3.4 beschrieben. Dabei ist es wichtig, nicht sofort die Bruttoreaktionen wie z. B: HCl + NaOH → H2O + NaCl anzuschreiben, da es sonst den Lernenden nicht möglich ist, eine „Modellvorstellung zu entwickeln, die von den Ionen als kleinsten Teilchen bei der Reaktion ausgeht“ [Barke 2006, S.30]. Barke et al. [2015] schlagen folgende mögliche Modellvorstellung der beschriebenen Reaktion vor [S. 204]:

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abb. 5: Modellvorstellung zur Neutralisation

Barke gibt an, dass die Fehlvorstellungen zur Neutralisation korrigiert werden können, indem nach dem von Johnstone entwickelten „Chemischen Dreieck“ zunächst ein Experiment zur Neutralisation präsentiert wird, entweder als Lehrer- oder als Schülerversuch, und dieses auf der makroskopischen Ebene erklärt wird. Auf dem macro-level wird die Reaktionsgleichung folgendermaßen in Worten an die Tafel geschrieben: Salzsäure(aq) + Natronlauge(aq) → Natriumchlorid(aq) + Wasser. Dann sollen Fragen zu den in der Reaktion zugehörigen kleinsten Teilchen gestellt werden und diese auf dem submicro-level beantwortet werden. Es sollen Modellvorstellungen gezeichnet und wenn die Wassermolekül-Bildung geklärt ist, soll dann die Ebene der Symbole, Formeln und Reaktionsgleichungen (representational-level) erarbeitet werden. Die korrekte Reaktionsgleichung [Dörfler/Barke 2009, S. 144], wird folgendermaßen angeschrieben:

Erst zum Schluss soll man die Bruttogleichung anführen [vgl. Barke 2015, S. 30]. Die Reihenfolge lautet zusammengefasst: macro-level → submicro-level → representational-level.

Barke fordert überdies den Begriff „neutral“ ausschließlich im Bezug zur Neutralisation einzuführen, um die elektrische Neutralität eines Moleküls nicht damit durcheinander zu bringen. Um Schülern die Strukturen von Salzen zu veranschaulichen, bieten sich neben den diversen Magnetmodellen und Molekülbaukästen auch kreative Kugelpackungsmodelle an: Bauen Schüler Produkte, die sie nach dem Unterricht mit nach Hause nehmen können wie z.B. eine Kugelpackung des NaCl-Modells als Briefbeschwerer, wird die intrinsische Motivation deutlich gefördert [vgl. Barke et al. 2015, S. 55].

Es bietet sich allgemein zum Thema der Neutralisation an, mit einem Periodensystem der Elemente zu arbeiten, das auch die jeweiligen Ionen miteinbezieht. Von Dieter Sauermann et al. [2010] wurde hierfür auf folgender Website http://chemischdenken.de [Stand: 04.06.2017] ein derartiges Periodensystem zum Download bereitgestellt.

4.5 Weitere wichtige Vorschläge

Die Autoren Petermann, Friedrich und Oetken [2008] beschreiben das an Schülervorstellungen orientierte Unterrichtsverfahren. Dieser 6-Phasen-Prozess wird hier tabellarisch erläutert [vgl. S.112]:

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Auch Dörfler und Barke [2009] stellen eine Variation dieses Unterrichtsverfahrens (zur Neutralisation) vor. Die beiden Autoren teilen den von David F. Treagust vorgeschlagenen und zu Phase 1 in der oberen Tabelle gehörigen Einsatz von sogenannten Diagnose-Fragebögen [8] zur (eventuell sogar mehrmaligen[9] ) Evaluation der verschiedenen Schülervorstellungen im Unterricht. Es bietet sich auch an, nach dem Unterrichten der wissenschaftlichen Konzepte bekannte Fehlvorstellungen anderer Schüler im Unterricht wie folgt einzubauen: So soll eine Klasse beispielsweise in Gruppen eingeteilt werden, die sich dann jeweils mit schon bekannten Fehlvorstellungen zu einem Thema beschäftigen. Diese sind zur Neutralisation:

„1. HCl-Moleküle in einer Salzsäure-Lösung
2. NaOH-Moleküle in einer Natriumhydroxid-Lösung
3. die Bildung von festem Natriumchlorid bei der entsprechenden Neutralisation und
4. das parallele Vorliegen gleicher Anzahlen H+(aq)-Ionen und OH-(aq)-Ionen nach einer Neutralisation“[Dörfler/Barke 2009, S.144].

Schüler sollen so eine selbstständige Fehleranalyse betreiben und sie schließlich im Klassenverband als Poster mit Begründung präsentieren.

Zuletzt soll noch eine weitere interessante Methode Beachtung finden. Es handelt sich um „Concept Cartoons“, die zur Einführung in eine neue Thematik, zur Evaluation von Schülervorstellungen oder auch zur Reflexion der Veränderungen bezüglich o.g. sechsten Phase Verwendung finden. Einer Frage wie etwa „Welche Teilchenarten enthält verdünnte Salzsäure?“ werden vier bis fünf Antwortmöglichkeiten vorgestellt, wobei meistens eine dieser Antworten die wissenschaftliche Denkweise widerspiegelt. [vgl. Barke/Hazari/Yitbarek 2009, S. 172] Das genannte Beispiel des Concept Cartoons befindet sich der Vollständigkeit halber im Anhang auf Seite 24.

5. Schlussfolgerung

Schülervorstellungen stehen oft konträr zu den wissenschaftlichen Konzepten eines Faches. Ursache dafür ist eine nicht-einheitliche oder gar fehlerhafte Verwendung von Fachbegriffen im Unterricht, die Alltagssprache und vorausgehende Erfahrungen der Schüler. Wenige Lehrer wissen allgemein um Schülervorstellungen und welche Bedeutung sie für einen Unterricht haben. Dabei spielt auch eine Methodenvielfalt im Unterricht eine wichtige Rolle. Stephen J. Hawkes beschreibt:

„It is inherent in human nature that we accept what we are told first and relinquish or change it with difficulty“ [Stephen J. Hawkes 1992, S. 543 zit. nach Kind 2004, S. 47]

Dabei ist zu sagen, dass Schüler nicht zugunsten der wissenschaftlichen Sichtweise auf ihre „falschen“ Vorstellungen verzichten sollen, sondern sie vielmehr durch die genannten Vorschläge zu kohärenten Konzepten führt, um einen erfolgreichen Konzept-Übergang zu schaffen.

Dennoch gibt es keine ultima ratio, kein fertiges Rezept zur Arbeit mit Schülervorstellungen im Unterricht, sondern Anregungen und Ideen, die genutzt werden können. Essenziell jedoch ist das Vorhaben, wie schon in der Einleitung erwähnt, ein Diagnosehandbuch für Lehrer zu entwickeln, eine Art „stamp-collecting of misconceptions“ wie Vanessa Kind [2004, S. 75] es beschreibt, zu betreiben, um den Chemieunterricht sinnvoll und vor allem nachhaltig zu gestalten.

6. Abbildungsverzeichnis

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

7. Literaturverzeichnis

Barke, Hans-Dieter [2006]. Chemiedidaktik: Diagnose und Korrektur von Schülervorstellungen, Berlin-Heidelberg, Springer.

Barke, Hans-Dieter; Hazari, Al; Yitbarek, Sileshi [2009]. Misconceptions in Chemistry: Addressing Perceptions in Chemical Education, Berlin-Heidelberg, Springer.

Barke, Hans-Dieter [2014]. Brönsted-Säuren und Brönsted-Basen sind nicht Stoffe, sondern Moleküle oder Ionen! In: Praxis der Naturwissenschaften, Chemie in der Schule, 63, Nr. 2, S. 22-26.

Barke, Hans-Dieter; Harsch, Günther; Marohn, Annette; Krees, Simone [2015]. Chemiedidaktik kompakt: Lernprozesse in Theorie und Praxis, Berlin-Heidelberg, Springer.

Dörfler, Tobias; Barke, Hans-Dieter [2009]. Das an Schülervorstellungen orientierte Unterrichtsverfahren: Beispiel Neutralisation, In: CHEMKON, 16, Nr. 3, S. 141-146.

Häußler, Peter; Bünder, Wolfgang; Duit, Reinders; Gräber, Wolfgang; Mayer, Jürgen [1998 ]. Naturwissenschaftsdidaktische Forschung: Perspektiven für die Unterrichtspraxis, Kiel, IPN.

Kind, Vanessa [2004 ]. Beyond appearances- Students' misconceptions about basic chemical ideas. Durham, 2nd edition, School of Education.

Latscha, Hans Peter; Klein, Helmut Alfons [2009]. Anorganische Chemie: Chemie- Basiswissen 1, Heidelberg, Springer, 9. Auflage.

Lin, Jing-Wen; Chiu, Mei-Hung [2009]. The Mismatch between Students' Mental Models of Acids/Bases and their Sources and their Teacher's Anticipations thereof, Taiwan, International Journal of Science Education, 32, Nr. 12, S. 1617-1646.

Musli, Sebastian [2004]. Säure-Base-Reaktionen: Empirische Erhebung zu Schülervorstellungen und Vorschläge zu deren Korrektur, Staatsexamensarbeit, Münster.

Petermann, Karin; Friedrich, Jens; Oetken, Marco [ 2008]. „Das an Schülervorstellungen orientierte Unterrichtsverfahren“- Inhaltliche Auseinandersetzung mit Schülervorstellungen im naturwissenschaftlichen Unterricht, In: CHEMKON, 15, Nr. 3, S.110-118.

Riedel, Erwin; Janiak, Christoph [2011]. Anorganische Chemie, Berlin-New York, De Gruyter, 8. Auflage.

Schanze, Sascha [2016]. Basisartikel- Säuren und Basen. In: Naturwissenschaften im Unterricht Chemie: Säuren und Basen, 155, Jahrgang 27, Hannover, Friedrich Verlag.

Internetquellen:

Bundesministerium für Bildung, Lehrplan [2004]: https://www.bmb.gv.at/schulen/unterricht/lp/lp_neu_ahs_09_11861.pdf?5te98u [Stand: 3.06.2017]

Periodensystem der Elemente mit Ionensymbolen, Sauermann et al. [2010]: http://chemischdenken.de [Stand: 4.06.2017]

8. Anhang

8.1 Tüpfelvorlage

Frau Mag. Gabriela Jelinek hat dankenderweise folgende von ihr für den Unterricht der Sekundarstufe 2 in A4-Format entwickelte Tüpfelvorlage bereitgestellt (persönliche Kommunikation, Mai, 2017):

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

8.2 Concept Cartoon

Dies ist ein Beispiel für ein Concept Cartoon zu Säuren und Basen [Barke/Hazari/Yitbarek, 2009, S. 172]

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten


[1] Aus Gründen der besseren Lesbarkeit wird auf die gleichzeitige Verwendung männlicher und weiblicher Sprachformen verzichtet. Sämtliche Personenbezeichnungen gelten selbstverständlich für beide Geschlechter.

[2] Es wird hervorgehoben, dass in dieser Arbeit die Leistungen von Thomas M. Lowry nicht geschmälert werden sollen.

[3] Wenn die Autorin dieser Arbeit im weiteren Verlauf allgemein von „Schülervorstellungen“ spricht, sind hierbei sowohl Präkonzepte als auch hausgemachte Vorstellungen gemeint.

[4] Eine direkte Analogie zwischen Reinstoff und Lösung

[5] Der Begriff Lauge und basische Lösung sind Synonyme.

[6] Im Sinne eines Missverständnisses

[7] z. B. CH-Acidität

[8] Auch: Lernbegleitbögen

[9] z.B. in Form eines pre-test, mid-test und/oder post-test

25 von 25 Seiten

Details

Titel
Ausgewählte Schülervorstellungen zur Thematik der Brønsted-Säuren und Basen sowie Unterrichtsvorschläge zum Konzeptwechsel
Hochschule
Universität Wien
Note
1,0
Autor
Jahr
2017
Seiten
25
Katalognummer
V370367
ISBN (Buch)
9783668498921
Dateigröße
1484 KB
Sprache
Deutsch
Schlagworte
Säure-Base-Reaktionen, Schülervorstellung, Präkonzept, Fehlvorstellung, Konzeptwechsel, Konstruktivismus, Chemical Triangle, Concept Cartoon, saure Lösungen, basische Lösungen, Neutralisation, Lehrer, Johnstone, Modellvorstellung, Diagnose-Fragebögen
Arbeit zitieren
Veronika Ötsch (Autor), 2017, Ausgewählte Schülervorstellungen zur Thematik der Brønsted-Säuren und Basen sowie Unterrichtsvorschläge zum Konzeptwechsel, München, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/370367

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