Chemie im Kontext. Eine innovative Konzeption für den Chemieunterricht. Leibniz-Institut für Pädagogik der Naturwissenschaften

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1 Chemie im Kontext Eine innovative Konzeption für den Chemieunterricht Leibniz-Institut für Pädagogik der Naturwissenschaften Bergische Universität Wuppertal und 14 beteiligte Bundesländer

2 Gliederung 1. Theoretisches zum Unterrichtskonzept Chemie im Kontext 2. Von der Theorie zur Praxis Einführung von CHiK in die Schule 3. Ergebnisse des Einsatzes von CHiK 4. Diskussion

3 Ergebnisse empirischer Untersuchungen - Das Interesse an Chemie und chemischen Phänomenen ist vor Beginn des Unterrichts groß, sinkt aber mit der Dauer des schulischen Chemieunterrichts. - PISA und TIMSS: Die in der Schule erworbenen naturwissenschaftlichen Kenntnisse sind defizitär, insbesondere bezüglich des Transfers auf alltägliche Situationen. nach Hoffmann et al. (1998), Köller et al. (2001), Seidel et al. (i.d.)

4 PISA: Scientific Literacy Naturwissenschaftliche Grundbildung (Scientific Literacy) ist die Fähigkeit, - naturwissenschaftliche Fragen zu erkennen - naturwissenschaftliches Wissen anzuwenden, - aus Belegen Schlussfolgerungen zu ziehen, um Entscheidungen zu verstehen und zu treffen, welche die natürliche Welt und die durch menschliches Handeln an ihr vorgenommenen Veränderungen betreffen. OECD, 1999

5 Bildungsstandards und EPAs: Kompetenzen Weinert beschreibt Kompetenzen als bei Individuen verfügbare oder von ihnen erlernbare kognitive Fähigkeiten und Fertigkeiten, bestimmte Probleme zu lösen, sowie die damit verbundenen motivationalen, volitionalen und sozialen Bereitschaften und Fähigkeiten, die Problemlösungen in variablen Situationen erfolgreich und verantwortungsvoll nutzen zu können.

6 Bildungsstandards und EPAs: Kompetenzen Kompetenzbereiche im Fach Chemie Fachwissen Erkenntnisgewinnung Kommunikation Bewertung Chem. Phänomene, Begriffe, Gesetzmäßigkeiten kennen und Konzepten zuordnen Experimentelle und andere Untersuchungsmethoden sowie Modelle nutzen Informationen sach- und fachbezogen erschließen und austauschen Chem. Sachverhalte in verschiedenen Kontexten erkennen und bewerten

7 Bildungsstandards und EPAs: Kompetenzen Bildungsstandards S I Fachwissen Erkenntnisgewinnung Kommunikation Bewertung EPA Fachkenntnisse (Chemisches Wissen anwenden) Fachmethoden (Erkenntnismethoden der Chemie nutzen) Kommunikation (in Chemie und über Chemie kommunizieren) Reflexion (über die Bezüge der Chemie reflektieren)

8 Theoretische Grundlagen - Situiertes Lernen: Authentische, relevante und komplexe Ausgangsprobleme - Berücksichtigung multipler Perspektiven - Unterstützung von Kompetenz- und Autonomieempfinden - Artikulation und Reflexion - Lernen im sozialen Austausch nach Mandl et al. (1997), Prenzel et al. (1998) u.a.

9 Chemie im Kontext Vernetzung zu Basiskonzepten Kontextorientierung Unterrichtsgestaltung

10 Chemie im Kontext Vernetzung zu Basiskonzepten Kontextorientierung Unterrichtsgestaltung

11 Kontextorientierung Kontexte sind in dieser Unterrichtskonzeption Frageund Problemstellungen mit folgenden Merkmalen: - Alltagsbezug - Komplexität Ziel der Verwendung von Kontexten: - Sinnhaftigkeit der Beschäftigung mit Chemie - Bedeutung der Chemie bei fächerübergreifenden Themen

12 Beispiele für Kontexte Sekundarstufe I: - Der Vorkoster in Not... - Erwünschte Verbrennungen, unerwünschte Folgen Sekundarstufe II: - Kohlenstoffdioxid und das Klima - Mit dem Wasserstoffauto in die Zukunft? - Ein Mund voll Chemie - Kunststoffe nach Maß

13 Chemie im Kontext Vernetzung zu Basiskonzepten Kontextorientierung Unterrichtsgestaltung

14 Chemie im Kontext Vernetzung zu Basiskonzepten Kontextorientierung Unterrichtsgestaltung

15 Chemische Basiskonzepte Basiskonzepte sind die chemischen Prinzipien, die in den Kontexten sichtbar werden, aber auch über sie hinaus Gültigkeit haben. Basiskonzepte bilden die Grundlage für - die Erklärung chemischer Prozesse - ein Verständnis der Wissenschaft Chemie - eine vertikale und horizontale Verknüpfung

16 Chemische Basiskonzepte - Stoff Teilchen - Struktur Eigenschaft - Donator Akzeptor - Energie und Entropie - Chemisches Gleichgewicht

17 Chemie im Kontext Vernetzung zu Basiskonzepten Kontextorientierung Unterrichtsgestaltung

18 Chemie im Kontext Vernetzung zu Basiskonzepten Kontextorientierung Unterrichtsgestaltung

19 Unterrichtsgestaltung Begegnungsphase Einstieg, Motivation, Schülerfragen, Anknüpfen Neugier- und Planungsphase Strukturierung durch Schülerfragen und Arbeitsplanung Erarbeitungsphase möglichst eigenständige und selbst organisierte Arbeit Vernetzungs- und Vertiefungsphase Vertiefung chemischer Inhalte, Aufbau der Basiskonzepte

20 Beispiel Computerrecycling Begegnungsphase Sondermüll am Schreibtisch? Neugier- und Planungsphase Welche Bestandteile enthält ein Computer? Erarbeitungsphase Versuche und Recherche zur Entsorgung der Bestandteile Vernetzungs- und Vertiefungsphase Kunststoffrecycling, neue Wege des Computerbaus

21 Vom situiertem Lernen zum systematischen Konzeptverständnis Kontext: Computer-Recycling Fachkenntnisse: Nernstsche Gleichung Löslichkeitsprodukt, Joule Thomson Spannungsreihe Elektrolyse Kupfergewinnung Basiskonzepte: Chemisches Donator- Struktur- Gleichgewicht Akzeptor Eigenschaft

22 Vom situiertem Lernen zum systematischen Konzeptverständnis Basiskonzept: Donator-Akzeptor-Konzept (Redox) Fachkenntnisse: Elektronenübertragung Halbzelle Anode/Kathode Spannungsreihe... Kontexte: Rost Computer-Recycling Mund Brennstoffzelle Rohstoffe...

23 Kontexte und Kompetenzbereiche 1 Informationen Kontext Formulieren von Fragen 2 Identifizieren von Fragen und Hypothesen, die chemisch untersucht werden können Anwenden von Vorkenntnissen Bewerten und Einordnen 3 Planen von Untersuchungen zur Beantwortung der Fragen 4 Überprüfen der Hypothesen anhand der Ergebnisse Auswertung, Absicherung, Darstellen, Kommunizieren und Aushandeln der Ergebnisse Durchführen der Untersuchungen, Diskussion und Protokoll Abstrahieren zu strukturierenden Basiskonzepten (Parchmann et al., 2006)

24 Chemie im Kontext Von der Theorie zur Praxis Leibniz-Institut für Pädagogik der Naturwissenschaften Bergische Universität Wuppertal und 14 beteiligte Bundesländer

25 Implementationsansatz - Lerngemeinschaften (Forschung und Praxis) - Prozessorientierung Konzeptionelle Grundlagen Lerngemeinschaften Reflexion und Evaluation Umsetzung der Konzeption Unterrichtliche Erprobung

26 O O C C N N R R H N C O H C O O R R OH OH H N O H N O N H O O N H H N O O H N N H O O N H Implementationsansatz Anregung und Unterstützung Rahmen und exemplarische Einheiten Diagnostikinstrumente Struktur-Eigenschaften Struktur-Eigenschaften Materialien N - O + Van der Waals? Evaluation

27 Die Arbeit im Set (Lerngemeinschaft) - Regelmäßige Treffen - konstante, schulübergreifende Gruppen - min. 2 Kollegen einer Schule - Begleitung durch einen Wissenschaftler der Projektgruppe und einen Koordinator Jahre - Es konnten vorhandene Materialien übernommen / verändert oder neue erstellt werden - Unterricht nach CHiK hat Vorrang vor Material- oder Methodenerprobung - nach 1-2 Jahren z.t. Ausgründung von Tochtersets

28 Implementationsansatz 2003/04 teilnehmende Länder gelb eingefärbt 2002/03 (12) (21) Wissenschaftliche Begleitung Koordinator

29 Schulische Realisierung und empirische Begleitung Evaluation der Implementationsstrategie und der Unterrichtskonzeption - Verändert sich die Qualität des Lehrens und Lernens? - Verändert sich die Lernkultur an den beteiligten Schulen? - Wird die Konzeption über die ursprünglich am Projekt beteiligten Schulen hinaus verbreitet? - Wie gelingt die Zusammenarbeit von Forschung und Praxis, in Hinblick auf eine erfolgreiche Implementation? Fördernde und hemmende Implementationsbedingungen

30 Chemie im Kontext Ergebnisse des Einsatzes Leibniz-Institut für Pädagogik der Naturwissenschaften Bergische Universität Wuppertal und 14 beteiligte Bundesländer

31 Erfahrungen aus der Set-Arbeit - Die Kooperationsqualität in den Sets wird durchgehend sehr positiv beurteilt. - Die Intensität und Qualität der Setkooperation hängt entscheidend mit der Veränderung des Unterrichts (Methodenvielfalt, Selbststeuerung) zusammen (Lehrerebene und Schülerebene).

32 Erfahrungen aus der Set-Arbeit Kontext Methoden 60 Basiskonzepte Schülerorientierung Sonstiges SB/Koord Lehrkräfte ganzes Konzept spez. UE (Interviewstudie mit 37 ChiK-Lehrern und 18 Betreuern, A. Baer et al.)

33 Unterrichtsbeschreibung durch die Schüler/-innen 3 2,9 2,8 2,7 2,6 2,5 2,4 2,3 2,92 2,84 2,52 2,74 2,84 2,67 t 1 t 2 t 4 2,76 2,72 2,6 Motivation Schülerzentr. Zeitverschwendung (Fragebogenstudie)

34 Entwicklung der Motivation bei Schülerinnen und Schülern 4 3 3,33 2,92 3,25 2,67 2,51 3,08 3,07 2, ,14 t 1 t 2 t 4 Gründe: Person des Lehrers / der Lehrerin Instruktionsqualität ( roter Faden ) Klasse 1 Klasse 2 Klasse 3 (Fragebogen, C. Gräsel et al.; Interviews, P. Nentwig)

35 4 Welche Veränderungen werden von Lehrkräften berichtet? 3,5 3 2,5 vor ChiK nach einem Jahr ChiK 2 1,5 1 Vielfalt an Unterrichtsmethoden ** ** = p <.01 ; * p <.05 Partizipation der Schüler ** Lehrersteuerung im Unterricht

36 Fragen? Anregungen! Leibniz-Institut für Pädagogik der Naturwissenschaften Bergische Universität Wuppertal und 14 beteiligte Bundesländer