Abstraktionsstufen

Abstraktionsstufen M. A. Anton

Planungs- & Analyseraster für den Unterricht Fachinhalt Bildungsstandards Lehrplan Bildungsrelevanz Ziele Thema Fachperspektive Schülerperspektive Lehrerperspektive Artikulation FLnZ, Inhalt, U-form, U-methode, Medien Lernerrelevanz Evaluationsinstrumente Evaluationsergebnisse Evaluationskonsequenzen & Unterrichtsentwicklung

PARU  Artikulation Instruktion Anwendung Motivation Inhalt

PARU  Artikulation Instruktion Anwendung Motivation Nachbereitung Vorbereitung Inhalt

Hauptorientierungen in der Unterrichtsarbeit Wertschätzung & Feedback (SuS): Kompetenzzuwachs • Fachliche Sicherheit (LLI) • eng inhaltsbezogen • systematisch überblickend Reflexion, EvaluationOptimierungen Strukturierung -Felder! -inhaltlich (DR) -aktional -sozial -methodisch -zeitlich -lernpsychologisch • Ziele • -operationalisiert • Wissensmodell • -global • Basiskonzepte • Kompetenzbereiche Unterrichtsmodell: PARU u.a. Lehrlern-Modell: Moderater Konstruktivismus Heterogenität der Lerngruppen: „Matthäus-Prinzip“ k.leinschrittig l.ogisch a.ltruistisch r.ichtig Hilfsmittel - Knowledge-Mapping - Demonstration - Experiment - TA + Heft - OH + Buch Erklärung Veranschaulichung Bedeutung Fixierung

Bedeutung von Strukturierungen von Unterricht Optimalklassen: Kl. mit überdurch- schnittlichem Leistungszuwachs und ebensolcher Verringerung der Leistungsstreuung Deutliches Alleinstellungsmerkmal für Unterrichtsqualität: Strukturierung des Unterrichts! Auffallend: Die je individuellen Merkmalprofile der Lehrer in der O-Gruppe streuen sehr breit (? „Echtheit!“) Untersuchung an GSHS-Klassen, Mchn (1985), Fach Math. hinsichtlich: Leistungszuwachs und Verringerung der Leistungsstreuung (MPI Psycholog. F.) (Quelle: Terhart, 2005, S. 92)

Hauptorientierungen in der Unterrichtsarbeit Kompetenzzuwachs rückmelden verständlich vortragen Erfolg erleben strukturiert arbeiten Theorie Wichtiges festhalten Sinne aktivieren handeln lassen laut denken

PARU  Artikulation Instruktion Anwendung Motivation Inhalt Ziele Hilfsmittel Struktur Kleinschrittigkeit „k.l.a.r.“ Problembasiertes Lernen PBL Entdeckendes Lernen EL Instruktionsstufen Theoriefeld/Praxisfeld Experimentierphasen Aspektbetonung / Wahrnehmungsführung

Experimentierphasen Postexperimentelle Phase: Abstraktionen, Modellbildungen, Verallgemeinerungen Experimentelle Phase: Zielorientiert, beobachtend, protokollierend Problementstehung, etwa durch Beobachtung; Kognitiver Konflikt mit Lösungsnutzen! Präexperimentelle Phase: Untersuchungsfragen, Vorwissensaktivierung, vorläufige (hypothetische) Antworten, Vorgehensweise

Aspektbetonung I Phlogiston- Theorie! Kurzschluss! Fe-Wolle Fe-Wolle Steigrohr Fe-Nagel Luft Redox Sperrflüssigkeit Stille Oxidation CuSO4-Lsg. Oberfläche

Aspektbetonung II Wasserzersetzung nach Hofmann* Glimmspan- & Knallgasprobe Demo von Energieformen Beisp.: Elektr. E. Herleitung der Faraday-Konstanten Herleitung der Summenformel von H2 und O2 Gewinnung eines stöchiometrischen Knallgasgemisches • Elektrolyse von Schwefelsäure: • Reihenfolge der Ionenentladung • Akku • ELOXAL-Verfahren Herleitung der Volumengesetze (AVOGADRO) 6 H2O  4 H3O+ + 4 e- + O2 4 H3O+ + 2 e-  4 H2O + 2 H2 Nachweis: Wasser ist eine Verbindung, kein „Element“ Demo einer Reduktion REDOX-Reaktion bei Verwendung von Oxidationszahlen (OZ) Reaktionstyp: Analyse „geschlossener Stromkreis“ (*August W. v. Hofmann, 1818-1892; 1866)

Wahrnehmungsführung • Figur-Grund-Kontrast • Einfachheit • Gleichartigkeit • Nähe • Durchlaufende Linie • Symmetrie • Links-Rechts

PARU  Artikulation Instruktion Anwendung Motivation Inhalt Ziele Hilfsmittel Struktur Kleinschrittigkeit k.l.a.r. Problembasiertes Lernen PBL Entdeckendes Lernen EL Instruktionsstufen Theoriefeld/Praxisfeld Realer Versuchsaufbau und -ausführung

Theoriefeld • Argumentation/Fähigkeiten • instruktiv • -Fachsprache • -Basiskonzepte • der BS • Modell- vorstellungen • Ordnungs- systeme • Erklärprinzipien • Portfolio • Präsentation Nawi-Unterrichtsfelder • Praxisfeld • Handlungs-orientierung/ Fertigkeiten • explorativ • -Gerätekunde • Stoffkunde • Technikkunde • Sicherheit • Modellkunde • Forschungs- zyklus • Experimentier- protokolle • Optimierung kognitionsfördernd interessefördernd Instruktionsstufen Wissensqualitäten Erklärung  Mitteilung  Aufträge Kumulieren  Kombinieren  Organisieren Fakten Konditionen Funktionen Fachwissen – Erkenntnisgewinnung – Kommunikation – Bewertung

Experte Problembasiertes Lernen PBL A Entdeckendes Lernen B Funktionen Heuristik (PL) Heuristik (PL) Lösungssuche (PB) Konditionen Zielzustand Konfliktinduktion & -lösung Transformations- Methode/Hypothesen- (prüfung) Beispiele & Erklären Strukturierung des „Problemraums“ (PBL) Entdeckendes Lernen (EL) Schwierigkeiten- Analyse/Frage Explorieren & Experimentieren Anfangszustand Konstruieren & Erfinden Definition/Abgrenzung (PA) Authentisches Problem (PE) Authentisches Problem (PE) Fakten Moderater Konstruktivismus „Moko“ Novize

abstrakt Phänomen Realer Versuchsaufbau und -ausführung Zeit konkret

abstrakt Skizze/Abbildung Phänomen Realer Versuchsaufbau und -ausführung Zeit konkret

abstrakt Verbalisierung: Beschreibung von Aufbau und Ablauf Generalisierung Skizze/Abbildung Phänomen Realer Versuchsaufbau und -ausführung Zeit konkret

abstrakt Abstraktion Symbolisierung und Modellierung Teilchen-, Modell-, Symbolebene (TMS) Verbalisierung: Beschreibung von Aufbau und Ablauf Skizze/Abbildung Phänomen Realer Versuchsaufbau und -ausführung Zeit konkret

abstrakt Mathematisierung Abstraktion Symbolisierung und Modellierung Teilchen-, Modell-, Symbolebene (TMS) Verbalisierung: Beschreibung von Aufbau und Ablauf Skizze/Abbildung Phänomen Realer Versuchsaufbau und -ausführung Zeit konkret

abstrakt Abstraktionsstufen Mathematisierung Abstraktion Symbolisierung und Modellierung Teilchen-, Modell-, Symbolebene (TMS) Verbalisierung: Beschreibung von Aufbau und Ablauf Skizze/Abbildung Phänomen Realer Versuchsaufbau und -ausführung Zeit konkret

abstrakt n(Fe) : n(S) = 1 : 1 Abstraktion Fe + S  FeS Entzündet man ein Gemenge aus Eisen- & Schwefelpulver mit einem glühenden Eisendraht, so entsteht eine Glühfront, die sich langsam und ohne weitere Energiezufuhr durch das Gemisch hindurch bewegt. Fe/S-Pulver-Gemenge schwarzes, poröses Produkt Metallnadel, glühend Glühfront Phänomen Synthese von Eisensulfid aus den Elementen Zeit konkret

abstrakt „Je größer das Glasvolumen, desto länger brennt die Kerze“ (= Proportionalität!) V ~ t / t Abstraktion V Wachs + Luft  Verbrennungsgase Kohlenwasserstoffe + Sauerstoff  Kohlenstoffdioxid + Wasserdampf C + O2 CO2 / „4 H“ + O2  2 H2O Stülpt man über ein brennendes Teelicht Gläser unterschiedlicher Größe, dann brennt die Kerze nur für einige Zeit weiter und geht dann aus. Die Brenndauer ist im großen Glas länger als im kleinen Glas. Phänomen Verbrennung Abhängigkeit der Brenndauer vom Luftvolumen Zeit konkret

abstrakt Sauerstoff besitzt eine höhere Elektronegativität als Wasserstoff. Im Wassermolekül werden die bindenden Elektronen vom Sauerstoff stärker angezogen. Das Sauerstoffatom erhält so eine negative und die Wasserstoffatome erhalten eine positive Partialladung  Das Wassermolekül ist ein Dipol Abstraktion Wasserstoffbrückenbindungen Hält man einen geladenen Glasstab an einen dünnen Wasserstrahl, so wird dieser abgelenkt. Der Hexenstrahl verändert seine Richtung nicht. Wasserstrahl Hexenstrahl Phänomen Wirkung eines geladenen Glasstabs auf einen Wasserstrahl und auf einen Strahl Hexen. konkret

abstrakt Henderson-Hasselbalch-Gleichung Abstraktion Farbänderung Massenwirkungsgesetz Gibt man einen Säure-Base-Indikator in eine Lösung, so zeigt dieser durch seine Farbe an, ob die Lösung sauer, neutral oder basisch ist. Indikator wird zu zwei verschiedenen Lösungen gegeben und es kommt jeweils zu einer charakteristischen Farbänderung. Phänomen Zugabe eines Indikators zu einer Lösung führt unter Umständen zu einer Farbänderung. Zeit konkret

abstrakt Zu 1: S + O2 SO2 ∆HR = -297 kJ/mol Abstraktion 1) S + O2 SO2 (Verbrennung von Schwefel  Schwefeldioxid entsteht) 2) SO2 + H2O  H2SO3 (Schweflige Säure entsteht bei der Aufarbeitung mit Wasser) Verbrennt man Schwefel, so entsteht Schwefeldioxid. Leitet man dieses in Wasser (hier mit Bromthymolblau versetzt), bildet sich Schweflige Säure und die saure Lösung verfärbt sich von grün nach gelb. Schwefeldioxid in Wasser gelöst  Bromthymolblau färbt sich gelb Wasser mit Bromthymolblau brennender Schwefel Phänomen Darstellung einer Säure durch die Verbrennung eines Nichtmetalloxids. Das entstandene Oxid wird mit Wasser aufgenommen und mit Indikator getestet Zeit konkret

abstrakt Abstraktion Mögliche Stufenfolge in der Primar- und Unterstufe Phänomen Zeit konkret

abstrakt Eine Mathematisierung ist an dieser Stelle wohl eher sinnfrei! Eine elektrochemische Betrachtung im tieferen Sinne würde zu weit führen! Abstraktion NaCl Na+ (aq) + Cl- (aq) Löst man Salze in Wasser, so dissoziieren sie in ihre Ionen. In der wässrigen Lösung liegen somit die Ionen als frei bewegliche Ladungsträger (Hydratisierte Anione und Kationen) vor und vermögen so den elektrischen Strom zu leiten. Beim Anlegen einer Spannung leuchtet das Glühlämpchen folglich auf! U=15 V~ Kochsalz-Lsg. Phänomen Leitfähigkeit einer Kochsalzlösung Zeit konkret

abstrakt Abstraktion Mögliche Stufenfolge in der Mittel- und Oberstufe Phänomen Zeit konkret

abstrakt T Abstraktion t IO3- + 3 SO32-  I- + 3 SO42- 5 I- + IO3- + 6 H30+  3 I2 + 9 H2O I2 + SO32- + 3 H2O  2 I- + SO42- + 2 H3O+ Erhöht man bei einer chemischen Reaktion die Temperatur, so sinkt die Reaktionszeit (RGT-Regel). Dies erklärt die unterschiedlichen Zeitpunkte für den Farbumschlag nach blau! Sulfit-/Stärke-Lsg. t1 t2 Iodat-Lsg. T2 T1 Phänomen Landolt-Zeitreaktion in Abhängigkeit von der Temperatur Zeit konkret

allgemein Generalisierungsstufen Theorie Generalisierung Regelfindung/Gesetzmäßigkeit Induktiver Schluss X Beispiele! Einzelfall Konkretes Beispiel Zeit speziell

allgemein Generalisierungsstufen Für die typischen Säurereaktionen sind die Oxonium-Ionen verantwortlich Generalisierung Metalle (unedle) reagieren mit Säuren (ver.) zu Salz und Wasserstoff Metalle reagieren mit Säuren Verschiedene unedle Metalle mit unterschiedlichen Säuren reagieren lassen Einzelfall Mg in HCl-Sre „auflösen“ Zeit speziell

abstrakt Definitionsstufen (Übertragung der OZ auf die funktionelle Gruppen von organischen Verbindungen) Rückkopplung der Oxidationszahlen mit dem quantenmechanischen Atommodell (Nebengruppenelemente) Definitionsumfang: hier: Oxidation Erhöhung der Oxidationszahl Abgabe von Elektronen Vereinigung eines Stoffes mit Sauerstoff Zeit konkret

abstrakt Definitionsstufen Säure-Base-Reaktionen & Redox-Reaktionen sind Elementarteilchen-Übertragungen Säuren sind elektrophile Elektronenpaarakzeptoren (LEWIS) Definitionsumfang: hier: Säuren Säuren sind Protonendonatoren (BROENSTED) Säuren sind Stoffe, die in wässeriger Lösung Protonen abspalten (ARRHENIUS) Säuren sind Stoffe, die sauer schmecken, Indikatoren verfärben und unedle Metalle unter H-Entwicklung zersetzen Zeit konkret

abstrakt Definitionsstufen Säure-Base-Reaktionen & Redox-Reaktionen sind Elementarteilchen-Übertragungen Oxidationen sind immer an Reduktionen gekoppelt Definitionsumfang: hier: Oxidation Oxidation ist die Erhöhung der Oxidationszahl Oxidation ist eine Elektronen-Abgabe Oxidation ist eine Reaktion mit Sauerstoff Zeit konkret

abstrakt Definitionsstufen In der Atomhülle besitzen Elektronen räumliche Aufenthaltswahrscheinlichkeiten (Orbital-M.: PLANCK, SCHRÖDINGER, HEISENBERG) Die Atomhülle kann in definierte Energieniveaus unterteilt werden (Schalen-M.: BOHR) Definitionsumfang: hier: Atombau Atome bestehen aus positiv geladenem Kern und negativ geladener Hülle (Kern-Hülle-M.: RUTHERFORD) Atome bestehen aus Protonen und Neutronen sowie Elektronen (Rosinenkuchen-M.: THOMSON) Jedes Element und jede Verbindung besteht aus gleichen kleinsten Teilchen (Kugel-M.: DALTON) Alle Stoffe bestehen aus kleinsten, nicht mehr weiter teilbaren Teilchen (Atom-M.: DEMOKRIT) Zeit konkret

Vorwissen aktivieren, Übersicht gewinnen, Problem portionieren Kognitiven Konflikt spüren Schwierigkeiten erkennen Aufmerksamkeit ausrichten Lösbarkeit einschätzen Problem lösen Kompetenzzuwachs spüren Strategie entwickeln Lösungsweg vorwegnehmen

Didaktik und Mathetik der Chemie LMU München Schema zur Planung einer Chemiestunde (Anton) Artikulationsschema

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