Ein wesentliches Themenfeld der aktuellen Chemiedidaktik ist das Thema "Schülervorstellungen". Neben den Vorstellungen, die die Lernenden aus Sicht der Lehrenden im Laufe des Unterrichts aufbauen und sich aneignen sollen (fachliche Vorstellungen), bringen die Schülerinnen und Schüler ganz besonders im Bereich "Brennstoffe und Energie" nachweislich eigene Vorstellungen (vorunterrichtliche Vorstellungen) mit in den Chemieunterricht. Es kann daher nicht davon ausgegangen werden, dass das fachliche Wissen des Chemieunterrichts die vorunterrichtlichen Vorstellungen überschreibt, sondern dass sich die beiden genannten Vorstellungsvarianten teilweise gravierend überschneiden und im Endeffekt sogar neue Vorstellungen ("hausgemachte" Fehlvorstellungen) erzeugen.
In der vorliegenden Arbeit wird nach gründlicher fachlicher und kognitionspsychologischer Fundamentalisierung des Themengebietes Schülervorstellungen zum Thema "Brennstoffe und Energie" eine empirische Erhebung entwickelt, vorgestellt und deren Durchführung beschrieben, bei der die themenspezifischen Vorstellungen von Schülerinnen und Schülern zum angeführten Thema erhoben wurden. Im weiteren Verlauf werden die erhobenen Daten in den Grundzügen quantitativ als auch im Wesentlichen qualitativ ausgewertet.
Abschließend werden aus den gesammelten Erkenntnissen allgemeine Vorschläge erarbeitet, mit Hilfe derer zukünftiger Chemieunterricht bezüglich der Berücksichtigung und Bildung von Schülervorstellungen verbessert werden könnte.
Tobias Dörfler
Inhaltsverzeichnis
1 Einleitung
2 Fachliche Grundlagen
2.1 Allgemeine Definitionen
2.1.1 Brennstoffe
2.1.2 Energie
2.1.3 Verbrennung
2.2 Stoffeigenschaften
2.2.1 Die drei Aggregatzustände
2.2.2 Der Schmelz- und Siedepunkt von Wasser
2.3 Energieumsatz bei chemischen Reaktionen
2.3.1 Aktivierungsenergie
2.3.2 Reaktionsenthalpie (Reaktionsenergie)
2.3.3 Exotherme und endotherme chemische Reaktionen
2.4 Die Verbrennung – eine chemische Reaktion
2.4.1 Die Verbrennung von Kohle
2.4.2 Die Verbrennung von Benzin
2.4.3 Verbrennung von Eisenwolle
3 Erkenntnistheoretische Grundlagen
3.1 Die Kognitive Entwicklung nach PIAGET
3.2 Die Conceptual Change Theorie
3.3 Schülervorstellungen/ Alltagsvorstellungen
3.3.1 Phlogiston-Theorie
3.3.2 Vernichtungskonzept
4 Konzeption der Untersuchung
4.1 Methodik der Untersuchung
4.1.1 Alltagsbezug
4.1.2 Motivation
4.1.3 Zielgruppe
4.1.4 Wahl des Aufgabentypus
4.1.4.1 Die Mehrfachwahlaufgabe (Multiple-Choice-Test)
4.1.4.2 Die verbale Begründung der Auswahl (freie Aufgabenbeantwortung)
4.1.5 Testlayout
4.1.6 Testumfang
4.2 Konzeption des Untersuchungsinstrumentes
4.2.1 Frage 1
4.2.2 Frage 2
4.2.3 Frage 3
4.2.4 Frage 4
4.2.5 Frage 5
4.2.6 Frage 6
4.2.7 Frage 7
4.3 Die Gütekriterien eines Untersuchungsinstrumentes
4.3.1 Objektivität
4.3.2 Reliabilität
4.3.3 Validität
4.4 Die Voruntersuchung
4.4.1 Die Durchführung
4.4.2 Ergebnisse der Voruntersuchung
4.5 Konzeption der Auswertung
4.5.1 Auswertung der demographischen Angaben
4.5.2 Auswertung der Fragen
4.5.2.1 Auswertung der Mehrfachwahlaufgaben (Multiple-Choice-Test)
4.5.2.2 Auswertung der freien Aufgabenbeantwortung
4.5.2.3 Auswertung der Modellzeichnungen (graphisch skizzierte Inhalte)
4.6 Durchführung der Untersuchung
5 Auswertung - Ergebnisse und Diskussion
5.1 Aufgabe 1)
5.2 Aufgabe 2)
5.3 Aufgabe 3)
5.4 Aufgabe 4)
5.5 Aufgabe 5)
5.6 Aufgabe 6)
5.7 Zusammenfassung der Auswertung
6 Perspektiven für den Chemieunterricht
6.1 Unterrichtsstruktur
6.2 Unterrichtsinhalte
7 Reflexion und Ausblick
Zielsetzung & Themen
Die vorliegende Arbeit untersucht mithilfe empirischer Methoden, welche Schülervorstellungen zum Themenkomplex Brennstoffe und Energie existieren, um daraus Perspektiven für einen effektiveren und schülerorientierten Chemieunterricht abzuleiten. Die zentrale Forschungsfrage befasst sich dabei mit dem Spannungsfeld zwischen Alltagsvorstellungen und naturwissenschaftlichen Fachbegriffen.
- Empirische Erhebung von Schülervorstellungen zu Energie und Verbrennung.
- Analyse des Energieverständnisses und des Begriffs der Energieumwandlung.
- Untersuchung von Schülervorstellungen mittels fachdidaktischer Theorien (z.B. Conceptual Change).
- Entwicklung von Unterrichtsvorschlägen zur Korrektur von Fehlvorstellungen.
- Evaluation des Einsatzes von Teilchenmodellen im Chemieunterricht.
Auszug aus dem Buch
Die Kognitive Entwicklung nach PIAGET
Die kognitive Entwicklung von Jugendlichen ist, nach PIAGETS Ansicht, an deren Reifungsprozesse gebunden und wird durch vier Stadien charakterisiert, in denen sich die Heranwachsenden in ihren Denkstrukturen in bezeichnender Weise unterscheiden: (1) Das sensomotorische Stadium (vorbegrifflich-symbolisches Denken im Alter von etwa 2-4 Jahren), (2) Das präoperationale Stadium (anschauliches Denken im Alter von etwa 4-6/7 Jahren), (3) Das konkret-operationale Stadium (konkrete Denkoperationen im Alter von etwa 6/7-12/13 Jahren) und (4) Das formal-operationale Stadium (formale Denkoperationen im Alter ab 12/13 Jahren).
Für den naturwissenschaftlichen Unterricht und insbesondere für den Chemieunterricht und die damit verbundenen Schülervorstellungen, sind an dieser Stelle das konkret-operationale (3) und das formal-operationale Stadium (4) von maßgeblicher Bedeutung. Das sensomotorische (1) und das präoperationale Stadium (2) beziehen sich dahingegen, wie oben angedeutet, auf Heranwachsende im etwa zweiten bis siebten Lebensjahr. Da mit dieser wissenschaftlichen Arbeit eine Untersuchung im Bereich der Sekundarstufe I durchgeführt wird, erscheint eine genauere Erörterung dieser beiden Stadien an dieser Stelle als wenig sinnvoll. Daher werden hier ausschließlich das konkret-operationale (3) und das formal-operationale Stadium (4) im Einzelnen konkretisiert.
Das konkret-operationale Stadium bezieht sich laut PIAGET auf Kinder im Alter von etwa 7 bis 13 Jahren. Die Kinder befinden sich anders ausgedrückt im Stadium der konkreten Denkoperationen, welche sich vor allem auf Gegenstände, die real fassbar sind und auf Handlungen, die wirklich ausgeführt oder zumindest in der Vorstellung ausgeführt werden können, beziehen. „Ihre kognitive Aktivität ist nicht mehr an aktuelle Wahrnehmung oder aktuelle konkrete Handlungen gebunden“.
Zusammenfassung der Kapitel
1 Einleitung: Die Einleitung begründet die Relevanz der Untersuchung von Schülervorstellungen und definiert das Thema sowie den Aufbau der Arbeit.
2 Fachliche Grundlagen: Dieses Kapitel erläutert grundlegende Begriffe wie Brennstoffe, Energie und Verbrennung sowie Stoffeigenschaften und energetische Prozesse bei chemischen Reaktionen.
3 Erkenntnistheoretische Grundlagen: Hier werden die theoretischen Konzepte wie die kognitive Entwicklung nach PIAGET, die Conceptual Change Theorie und spezifische Vorstellungsformen wie das Phlogiston-Theorie und das Vernichtungskonzept besprochen.
4 Konzeption der Untersuchung: Dieses Kapitel beschreibt die Methodik, die Auswahl des Fragebogens, die Zielgruppe sowie die Planung und Durchführung der Vor- und Hauptuntersuchung.
5 Auswertung - Ergebnisse und Diskussion: Das Kapitel präsentiert die statistische Auswertung und die individuelle Analyse der Schülerantworten zu den gestellten Aufgaben im Fragebogen.
6 Perspektiven für den Chemieunterricht: Basierend auf den Ergebnissen werden didaktische Konsequenzen für die Unterrichtsstruktur und -inhalte formuliert.
7 Reflexion und Ausblick: Das abschließende Kapitel reflektiert den Untersuchungsprozess und diskutiert den weiteren Forschungsbedarf.
Schlüsselwörter
Schülervorstellungen, Alltagsvorstellungen, Energie, Brennstoffe, Verbrennung, Conceptual Change, Chemieunterricht, Empirische Untersuchung, Teilchenmodell, Phlogiston-Theorie, Vernichtungskonzept, Didaktik, Energieumwandlung, Naturwissenschaften, Lernprozesse.
Häufig gestellte Fragen
Worum geht es in dieser Arbeit grundsätzlich?
Die Arbeit untersucht Schülervorstellungen zum Themenbereich "Brennstoffe und Energie" und entwickelt auf dieser Basis didaktische Konzepte für den Chemieunterricht.
Was sind die zentralen Themenfelder?
Die Schwerpunkte liegen auf Verbrennungsvorgängen, dem Energiebegriff im Alltag und der Anwendung von Teilchenmodellen zur Deutung chemischer Reaktionen.
Was ist das primäre Ziel der Arbeit?
Ziel ist es, die Diskrepanz zwischen Alltagsvorstellungen der Schüler und wissenschaftlichen Konzepten aufzudecken, um einen effektiveren und schülerorientierten Chemieunterricht zu ermöglichen.
Welche wissenschaftliche Methode wird verwendet?
Es kommt ein empirischer Ansatz mit einem Fragebogen zum Einsatz, der sowohl geschlossene (Multiple-Choice) als auch offene Fragen (freie Begründung, Modellzeichnungen) kombiniert.
Was wird im Hauptteil behandelt?
Der Hauptteil umfasst sowohl die theoretische Fundierung (Entwicklungspsychologie, Conceptual Change) als auch die detaillierte Konzeption, Durchführung und statistische Auswertung einer umfangreichen Fragebogenstudie.
Welche Schlüsselwörter charakterisieren die Arbeit?
Wichtige Begriffe sind Schülervorstellungen, Energieumwandlung, Alltagsvorstellungen, didaktische Reduktion und der Konzeptwechsel im naturwissenschaftlichen Unterricht.
Warum spielt die Energieumwandlung eine so große Rolle?
Die Untersuchung zeigt, dass viele Schüler den fälschlichen Begriff der "Energieerzeugung" verwenden, anstatt Energie als eine sich umwandelnde Größe zu begreifen.
Was ist das "Vernichtungskonzept" der Schüler?
Es beschreibt die Alltagsvorstellung, dass bei einer Verbrennung Stoffe wie Wachs oder Kohle schlichtweg "verschwinden" oder vernichtet werden, statt in andere chemische Stoffe überzugehen.
- Quote paper
- Tobias Dörfler (Author), 2004, Brennstoffe und Energie: Empirische Erhebungen zu Schülervorstellungen und Unterrichtsvorschläge zu deren Korrektur, Munich, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/53089
