Fachdidaktische Grundlagen des Chemieunterrichts

223 Pages·1981·5.86 MB·German

by  Hans-Jürgen Schmidt (auth.)

Hans-Jürgen Schmidt
Fachdidaktische
Grundlagen
des
Chemieunterrichts
Mit 112 Bildern
sowie zahlreichen Beispielen und Tests
Friedr. Vieweg & Sohn Braunschweig/ Wiesbaden
CI P-Kurztitelaufnahme der Deutschen Bibliothek
Schmidt, Hans-Jürgen:
Fachdidaktische Grundlagen des Chemieunterrichtsl
Hans-Jürgen Schmidt. - Braunschweig, Wiesbaden:
Vieweg, 1981.
ISBN 978-3-528-08461-5 ISBN 978-3-663-06823-5 (eBook)
DOI 10.1007/978-3-663-06823-5
1981
Alle Rechte vorbehalten
© Friedr. Vieweg & Sohn Verlagsgesellschaft mbH Braunschweig, 1981
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Zwecke der Unterrichtsgestaltung, gestattet das Urheberrecht nur, wenn sie mit dem Verlag vorher
vereinbart wurden. Im Einzelfall muß über die Zahlung einer Gebühr für die Nutzung fremden
geistigen Eigentums entschieden werden. Das gilt für die Vervielfältigung durch alle Verfahren
einschließlich Speicherung und jede Übertragung auf Papier, Transparente, Filme, Bänder, Platten
und andere Medien.
Satz: Friedr. Vieweg & Sohn, Braunschweig
ISBN 978-3-528-08461-5
Meiner Frau Ursula
und meinen Kindern Friederike, Hansjörg,
Christine, Eckhard und Annette
Eine Fabel
Da unterhalten sich ein Sportlehrer und ein Chemielehrer.
Sagt der Sportlehrer: ich habe gerade einen Leistungskurs
in Leichtathletik, wir üben den 800 m Lauf. Soll ich selbst
die 800 m laufen und die Schüler vom Rande der Bahn
zuschauen lassen, damit sie es lernen?
Sollen wir Chemielehrer die Schüler im Chemieunterricht
nur zuschauen lassen, wie wir Lehrer mit Chemie umgehen,
damit sie Chemie lernen?
IV
Vorwort
Dieses Buch ist aus Vorlesungen und Sem inaren hervorgegangen, die ich seit fast 10 Jahren
an der Pädagogischen Hochschule in Dortmund für Lehramtsstudenten der Sekundar
stufen I und 11 gehalten habe. Es sind aber auch Erfahrungen aus meiner Tätigkeit als
Chemielehrer an der Volkshochschule Heidelberg und den drei Marler Gymnasien, bei
Lehrerfortbildungsveranstaltungen (für die Gesellschaft Deutscher Chemiker und andere
Institutionen) und von vielen Vortragsveranstaltungen eingegangen.
Ich wollte eine pragmatische Didaktik schreiben, aus der der Leser entnehmen kann, was
Chemiedidaktik im Unterricht bewirken könnte. Im Unterschied zu anderen Didaktiken,
die jetzt auf dem Markt sind, führe ich über die Geschichte des Chemieunterrichts in
didaktische Fragestellungen ein und mache auch von der angelsächsischen Literatur
Gebrauch. Nach meinem Eindruck ist das Literaturangebot in der Chemiedidaktik so um
fangreich, daß ein einzelner kaum alles aufarbeiten kann.
Das Buch ist zum Gebrauch neben Vorlesungen und Seminaren in der ersten und zweiten
Phase der Lehrerausbildung und für Lehrer geschrieben. Möge es dem Leserkreis viele
Anregungen geben und viele Freun.de finden!
Es ist schwer, die Namen aller derer zu nennen, die in Gesprächen und Diskussivnen
Gedanken zu dieser Didaktik beigetragen haben. Für die Durchsicht von Teilen des Buches
und hilfreiche Hinweise danke ich den Herren Prof. Dr. Klaus Beyermann (Universität
Mainz), Dr. Heinz-jürgen Kullmann (Pädagogische Hochschule Dortmund), Dozent Dr.
Gerhard Löffler (Pädagogische Hochschule Bielefeld), Prof. Dr. Horst Rauchfuss (Pädago
gische Hochschule Dortmund) und Prof. Dr. Alfred Schleip (Universität Frankfurt). Bei
der Bearbeitung der Literatur habe ich auf die Dokumentation des IPN zurückgegriffen
und bin Herrn StD Werner Dierks zu Dank verpflichtet. Ich danke den beteiligten Autoren,
Verlagen, Firmen und Institutionen, die mir Material zur Verfügung gestellt haben.
Der Vieweg Verlag hat meine Vorstellungen zur Gestaltung dieser Fachdidaktik großzügig
berücksichtigt. Dafür und für die sehr schöne Ausführung sage ich dem Verlag und seinen
Mitarbeitern auch an dieser Stelle besonderen Dank.
Hans-j ürgen Schmidt
Dortmund , im Herbst 1980
v
Inhaltsverzeich n is
Vorwort
Einleitung ................... _. ........................... .
1.1 Chemiedidaktik - Definition und Aufgabe ...................... .
1.2 Literatur . ............................................ .
2 Geschichte des Chemieunterrichts . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 2
2.1 Das 79. Jahrhundert - die Didak tik des Anschauungsunterrichts . . . . . . . .. 2
2.1.1 Die Chemie wird selbständiges Unterrichtsfach an deutschen
Universitäten. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 2
2.1.2 Die Entwicklung der Realschulen. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 3
2.1.3 Der naturwissenschaftliche Unterricht im Spannungsfeld
zwischen dem realistischen und dem neuhumanistischen
Bildungsideal . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 5
2.1.4 Die Anfänge eines chemischen Experimentalunterrichts an
deutschen Schulen ................................. 7
2.1.5 Die Abgrenzung des Schulunterrichts im Fach Chemie vom
Universitätsunterricht . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 8
2.2 Von der Jahrhundertwende bis zum Ende der Weimarer Republik
- die Didaktik der Arbeitsschule ........... ; . . . . . . . . . . . . . . . . .. 9
2.2.1 Die Gründerjahre .................................. 9
2.2.2 Kerschensteiner und die Arbeitsschule .................... 11
2.2.3 Schülerexperimente als Bestandteil des Chemieunterrichts
- das praktisch-heuristische Unterrichtsverfahren . . . . . . . . . . . .. 12
2.2.4 Die GeneralScience Bewegung in England . . . . . . . . . . . . . . . . .. 14
2.3 Die Zeit nach dem Zweiten Weltkrieg . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 14
2.3.1 Das Verfahren der Entwicklung von Chemiecurricula . . . . . . . . . .. 14
2.3.2 überblick über die wichtigsten Chemiecurricula (bzw.
naturwissenschaftlichen Curricula) aus den USA und aus
Großbritannien ................................... 16
2.3.3 Entwicklungen in Deutschland ......................... 19
2.3.3.1 Die Situation in der Bundesrepublik . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 19
2.3.3.2 Die Situation in der DDR. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 21
2.3.4 Die Schulsysteme in den USA und in England ............... 23
2.4 Literatur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 24
VI Inhaltsverzeichnis
3 Rahmenbedingungen und Entscheidungskriterien für die Gestaltung von
Chemieunterricht . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 26
3.1 Lernziele im Chemieunterricht ............................... 26
3.1.1 Allgemeine Lernziele und fachliche Lernziele. . . . . . . . . . . . . . .. 26
3.1.2 Abstraktionsniveaus von Lernzielen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 27
3.1.3 Beschreibung von Lernzielen ........................... 28
3.1.4 Lernziel-Taxonomien ............................... 30
3.1.5 Auf dem Wege zu einer babylonischen Lernziel-Taxonomie-
Sprachverwirrung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 31
3.2 Lernpsychologische Grundlagen des Chemieunterrichts .. . . . . . . . . . . . .. 33
3.2.1 Der Einfluß der Lerntypentheorie von Gagne auf die
Curriculumentwicklung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 34
3.2.2 Der Einfluß der Lerntheorie von Bruner auf die Curriculum-
entwicklung .................................. , . .. 37
3.2.3 Der Einfluß der Stufentheorie von Piaget auf die Cu~riculum-
entwicklung. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 41
3.2.3.1 Charakteristik der Entwicklungsphasen nach Piaget . . . . . . . . . . .. 41
3.2.3.2 Die Stufentheorie von Piaget im Curriculum Science 5/13 ....... 45
3.2.3.3 Die Stufentheorie im Chemieunterricht der Sekundarstufe I . . . . .. 46
3.3 Chemiecurricula als Informationsquelle für die Gestaltung von
Chemieunterricht . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 51
3.3.1 Chemiecurricula aus den USA. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 52
3.3.2 Chemiecurricula und Chemie integrierende Curricula aus
Großbritannien ................................... 53
3.3.3 Curriculumentwicklung in der Bundesrepublik Deutschland ...... 59
3.4 Literatur. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 62
4 Lerninhalte und ihre Transformation an ausgewählten Beispielen. . . . . . . . . . .. 66
4.1 Messen und Auswerten im einführenden Chemieunterricht ............. 67
4.1.1 Gehaltsbestimmungen und Relativmessungen . . . . . . . . . . . . . . .. 68
4.1.2 Der Weg zum Gesetz von den konstanten (multiplen)
Proportionen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 69
4.2 Die Einführung des Molbegriffs bei der experimentellen Ermittlung
von Formeln .................. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 72
4.2.1 Mit welchen kleinsten Teilchen beginnen? . . . . . . . . . . . . . . . . .. 72
4.2.2 Schwierigkeiten bei der Einführung chemischer Grundbegriffe. . . .. 73
4.2.3 Wege zur chemischen Formel .............' ............. 74
4.2.4 Die Genauigkeit von Messungen. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 76
4.3 Einfache quantitative Untersuchungen chemischer Reaktionen ., . . . . . . .. 78
4.3.1 Bestimmung von Gleichungskoeffizienten . . . . . . . . . . . . . . . . .. 78
4.3.2 Auswertungen von Titrationsergebnissen . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 82
4.3.3 Graphisches Verfahren zur Auswertung von Rücktitrationen . . . . .. 83
Inhaltsverzeichnis VII
4.4 Der Molekülbegriff als Schlüssel zur Kohlenstoffchemie . . . . . . . . . . . . . .. 85
4.4.1 Das molare Volumen von Gasen ........................ 86
4.4.2 Die Sonderstellung des Kohlenstoffs im Periodensystem der
Elemente ....................................... 90
4.4.3 Verfahren zur Elementaranalyse organischer Verbindungen ...... 94
4.4.4 Untersuchungen organisch-chemischer Reaktionen . . . . . . . . . . .. 99
4.5 Die Triebkraft stofflicher Veränderungen ........................ 108
4.5.1 Das Streben nach Energieminimum und Verteilungsmaximum ..... 109
4.5.2 Die elektrochemische Spannungsreihe ..................... 110
4.5.3 Die Messung von Reaktionswärmen ...................... 111
4.5.4 Die Temperaturabhängigkeit von Gleichgewichtsreaktionen ...... 113
4.5.5 Von der Nernstschen Gleichung zur Gibbs-Helmholtz-
Gleichung ....................................... 117
4.6 A tom- und Bindungsmodelle im Chemieunterricht .................. 120
4.6.1 Das Atommodell von Dalton ........................... 120
4.6.2 Kern-Elektron-Modelle .............................. 122
4.6.2.1 Auf dem Wege zum Zwiebel-Modell ...................... 122
4.6.2.2 Die Diskussion um die Brauchbarkeit des Bohrschen Atommodells
im Chemieunterricht ................................ 122
4.6.3 Elektronenwolkenmodelle ............................ 125
4.7 Literatur . ............................................. 129
5 Lernorganisation ........................................... 137
5.1 Unterrichtshilfsmittel ..................................... 13 7
5.1.1 Tafelanschrieb und Hefteintrag ......................... 137
5.1.2 Die Arbeitsprojektion ............................... 137
5.1.2.1 Aufbau und Handhabung des Arbeitsprojektors .............. 137
5.1.2.2 Folienprojektion .................................. 138
5.1.2.3 Projektion von chemischen Versuchen .................... 140
5.1.3 Dia- und Filmprojektion ............................. 141
5.1.3.1 Aufbau und Handhabung von Dia- und Filmprojektoren ........ 141
5.1.3.2 Zur Arbeit mit Dias und Filmen im Chemieunterricht .......... 142
5.1.4 Molekülbaukästen .................................. 143
5.1.5 Chemiespiele ..................................... 151
5.2 Unterrichtsorganisation .................................... 153
5.2.1 Unterrichtsformen ................................. 154
5.2.1.1 Arbeitsgruppenunterricht ............................. 157
5.2.1.2 Demonstrationsunterricht ............................ 160
5.2.1.3 Programmierter Unterricht ............................ 162
5.2.2 Sicherheit im Chemieunterricht ......................... 165
5.2.2.1 Unfallschutz ..................................... 165
5.2.2.2 Feuer- und Brandbekämpfung .......................... 168
5.2.2.3 Gesundheitsschutz und Umwelterziehung .................. 169
5.2.3 Einrichtung von Chemieräumen ......................... 170
5.3 Unterrichtsplanung ....................................... 177
5.4 Literatur . ............................................. 179
VIII Inhaltsverzeichnis
6 Leistungsmessung und Leistungsbewertung im Chemieunterricht ............ 186
6.1 Testaufgaben mit vorgegebenen Antworten ....................... 186
6.1.1 Die wichtigsten Formen von Testaufgaben mit vorgegebenen
Antworten ...................................... 187
6.1.1.1 Mehrfachwahlaufgaben mit Auswahl der richtigen Lösung ....... 187
6.1.1.2 Mehrfachwahlaufgaben mit Auswahl von mehreren richtigen
Lösungen oder von Antwortkombinationen (multiple completion
questions) ....................................... 188
6.1.1.3 Mehrfachwahlaufgaben mit Auswahl der besten Lösung ......... 188
6.1.1.4 Mehrfachwahlaufgaben mit Auswahl einer falschen Lösung ....... 189
6.1.1.5 Verschachtelte Mehrfachwahlaufgaben oder Zuordnungsaufgaben
(classification questions) ............................. 189
6.1.1.6 Begründungsaufgaben (assertion questions) ................. 190
6.1.2 Analyse und Auswertung von Testaufgaben mit vorgegebenen
Antworten ...................................... 191
6.1.2.1 Die Validität von Testaufgaben ......................... 191
6.1.2.2 Die Objektivität von Testauswertungen .................... 192
6.1.2.3 Der Schwierigkeitsgrad von Testaufgaben .................. 193
6.1.2.4 Die Trennschärfe von Testaufgaben ...................... 194
6.1.2.5 Der Zusammenhang zwischen Trennschärfe und Schwierigkeitsgrad
von Testaufgaben .................................. 195
6.1.2.6 Die Zuverlässigkeit von Testaussagen ..................... 196
6.2 Testaufgaben mit offenen Antworten ........................... 196
6.2.1 Testaufgaben mit vorstrukturierten Antworten ............... 196
6.2.2 Testaufgaben mit freien Antworten ...................... 200
6.3 Bewertung praktischer Arbeit ................................ 201
6.3.1 Praktische Prüfungsaufgaben für die Sekundarstufe I ........... 202
6.3.2 Praktische Prüfungsaufgaben für die Sekundarstufe II .......... 204
6.3.3 Beurteilung von Schülerprotokollen und von praktischen
Schülertätigkeiten im Laufe des Unterrichts ................. 207
6.4 Literatur . ............................................. 209
Sachwortregister .............................................. 211
IX
Quellenverzeichnis
Die Kapitel 2 bis 5 enthalten viele Bildvorlagen und Tests aus Büchern und Zeitschriften und von
Verlagen und Firmen:
Merck AG, Darmstadt (Bild 2.1)
Liebig·Museum, Gießen (Bilder 2.2, 2.3)
Badische Anilin· und Sodafabrik, Ludwigshafen (Bild 2.5)
H.·I. Schmidt, Math. naturw. Unterr. 27,454 (1974) - (Bild 2.8), Dümmler, Bonn
H.Schwedes in K. Frey und K. Blänsdorf, Integriertes Curriculum Naturwissenschaft der Sekundar·
stufe I, Beltz, Weinheim und Basel (Abschnitt 3.2.3.2, Entwicklungsstufenbeschreibung)
R. B. Ingle und M. Shayer, Educ. in Chem. 8,182 (1971) - (Bild 3.8) - Chemical Society, London
H.·I.Schmidt, Chem. Exp. Didakt. 1,213 (1975), Photos RudolfKlein (Bilder 4.6, 4.12, 4.23)
Thieme, Stuttgart
H.·}. Schmidt, Chem. Exp. Didakt. 1,213 (1975) - (Bild 4.11)
H.·I. Schmidt und M. Wainwright, Chem. Exp. Didakt. 2,409 (1976) - (Bild 4.22)
H.-I. Schmidt, Chem. Exp. Didakt. 1,135 (1975), Photos Rudolf Klein (Bild 4.29)
Frank Beer, Tübingen (Bild 4.32)
H.-I. Schmidt und M. Wainwright, Chem. Exp. Didakt. 2,409 (1976), Photos RUdolf Klein (Bild 4.35)
G. Harsch, Chem. Exp. Technol. 3, 273 (1977), Photo Dr. Günther Harsch, Münster (Bild 4.38) -
Thieme, Stuttgart
Dr. Heinz-Iürgen Kullmann, Mari (Bilder 4.43 bis 4.48)
H. Eckhard in I. Weninger und H. Brünger, "Atommodelle im naturwissenschaftlichen Unterricht,
Beltz Verlag, Weinheim und Basel, S. 190 (Bild 4.52)
H. R. Christen, Chemie, Diesterweg-Salle, Frankfurt, S. 82, 83, 91,98 (Bilder 4.53 und 4.54)
R. I. Gillespie, Molekülgeometrie, Verlag Chemie, Weinheim (Bild 4.55)
H.-P. Ostertag und Th. Spiering, Unterrichtsmedien, Otto Maier Verlag Ravensburg (Bild 5.1)
H. Hinz, Chemie i. d. Schule 17,466 (1970) - (Bild 5.4)
Leybold Heraeus GmbH, Köln (Bild 5.5)
Büchi Laboratoriumstechnik (Bild 5.6)
Prof. Dr. Bruno Vollmert, Universität Karlsruhe (Bild 5.7)
CFW Laborgeräte GmbH, Dortmund (Bild 5.8)
Ernst Klett Verlag, Stuttgart (Bild 5.9)
Phywe AG, Göttingen (Bild 5.10)
CVK Lehrmittel KG, Berlin (Bilder 5.11 und 5.12)
Struers KIS, Kobenhavn (Bild 5.13)
Harasser & Oberla Lehrmittelverlag, Bayreuth (Bilder 5.14 bis 5.16)
Amroh-Kauderer GmbH, Neuss (Bild 5.17)
Prof. Dr. Heinz Schmidkunz, Dortmund (Bild 5.18)
K.-P. Richter, Chemie i. d. Schule 22, 268 (1975) - (Bilder 5.20 und 5.21) - Volk und Wissen, Berlin
W. Pilhofer, Der Chemieunterr. 3, 19 (1972) - (Bilder 5.23 und 5.27) - Klett, Stuttgart
E. Holla, Z. f. Naturl. u. Naturk. 11, 193 (1963) - (Bild 5.24) - Aulis, Köln
H. läger, Der Chemieunterr. 3,35 (1972) - (Bild 5.25)
W. F. Archenhold, E. W. lenkins und C. Wood-Robinson, School Science Laboratories, lohn Murray,
London (Bild 5.26)
x
Quellenverzeichnis
Tests aus Kapitel 6:
M. A. Atherton, Elementary Objective Tests in Chemistry und 0 Level Objective Tests in Chemistry,
lohn Murray, London (Beispiele 1 und 3)
R. A. H. Hil/mann, Multiple-Choice Questions in 0 Level Chemistry, Heinemann Educational Books
Ltd., London (Beispiele 2 und 4)
Nuffield Foundation, Examinations and assessment, Longman Group Limited, London (Beispiele 5,
13 und 14)
University of London, School Examinations Department, London (Beispiel 6)
P. Brown und B. Hudson, Handbook of Objective Testing, Chemistry, Methuen Educational Limited,
London (Beispiel 8)
University of Cambridge Loeal Examinations Syndieate, Cambridge (Beispiel 9)
Aulis Verlag, Köln (Beispiele 10, 16 und 17)
Seottish Certifieate of Edueation Examination Board, Dalkeith (Beispiel 11)
IPN (IPN Curriculum Chemie), Ernst Klett Verlag, Stuttgart (Beispiel 12)
Oxford Delegaey of Loeal Examinations, Oxford (Beispiel 15)
Die von mir gezeichneten Vorlagen zu den Bildern 3.9, 3.11 und 4.7 wurden schon einmal als Vorlage
für eine Veröffentlichung in chim. did. 2, 1 (1976) angeboten und vom Didaktischen Dienst in Hildes
heim unverändert übernommen. Dasselbe gilt für Bild 2.9 in Math. naturw. Unterr. 27, 454 (1974),
Dümmler, Bonn.