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DIE ROLLE UNTERSCHIEDLICHER
DARSTELLUNGEN DES MOLEKÜLBAUS BEIM
LERNEN UND LEHREN DER CHEMIE
DIE ROLLE UNTERSCHIEDLICHER
DARSTELLUNGEN DES MOLEKÜLBAUS BEIM
LERNEN UND LEHREN DER CHEMIE
Wien, 1. Marz 2007
Vesna Ferk Savec
Abteilung für Didaktik und Informatik der Chemie,
Naturwissenschaftlich-technische Fakultät der Universität Ljubljana,
Slowenien
� Vervendung unterschiedlicher Darstellungen des
Molekül- und Kristallenbaus im alltäglichen Leben
sowie beim Lernen und Lehren der Chemie
� Ausgangspunkte der Forschungsarbeit
� Ergebnisse
� Schluss
Inhalt des Vortrags
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Die Verwendung unterschiedlicher
Darstellungen des Molekül- und Kristallenbaus
im alltäglichen Leben
http://dsc.discovery.com/beyond/player.html?playerId=203711706&categoryId=210014191
Die Verwendung unterschiedlicher
Darstellungen des Molekül- und Kristallenbaus
im alltäglichen Leben
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http://en.wikipedia.org/wiki/Molecule
Die Verwendung unterschiedlicher
Darstellungen des Molekül- und Kristallenbaus
im alltäglichen Leben
Die Verwendung unterschiedlicher
Darstellungen des Molekül- und Kristallenbaus
beim Lehre und Lernen der Chemie
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Die Verwendung unterschiedlicher
Darstellungen des Molekül- und Kristallenbaus
beim Lehre und Lernen der Chemie
� Studie zum erfassen der 3d Raumstruktur von Molekülen auf der
Basis unterschiedlicher 2d Aufzeichnungen. [1]
Bestimmung der Forschungsproblematik
[1] Ferk at al. (2003) Students' understanding of molecular structure
representations. Int. j. sci. educ., 2003, vol. 25, no. 10, pp. 1227-1245.
� Studie über die Fähigkeit zu gedanklichen 3d Operationen mit
Molekülen auf der Basis unterschidlicher 2d Aufzeichnungen. [1]
� Studie über die Verwendbarkeit von Hilfsmitteln zur Unterstützung des
Erfassens von 3d Strukturen sowie bei der Lösung von Aufgaben, die
räumliches Denken einschließen. [2]
� Studie über die Situation an Schulen hinsichtlich der Zugänglichkeit
unterschiedlicher Arten von Hilfsmitteln sowie über die Befähigung
(künftiger) Lehrer zu deren Verwendung. [3]
Referenz:
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BEISPIEL FÜR EINE AUFGABE DES TYPS “PERZEPTION”
Sehen Sie sich die Skizze auf dem Bildschirm des Computers
an und schreiben Sie in die Lücken unten, welche der Atome
A, B, C, D, E, F, G, H, für Sie am nächsten sind, welche ein
wenig weiter entfernt sind und welche von Ihnen am
weitesten entfernt sind!
Antwort:
Am nächsten sind für mich die Atome:________________,
Ein wenig weiter entfernt sind die Atome:________________,
Am weiteste entfernt sind die Atome:_______________.
Dreidimensionales Kugelmodell
in einer Schachtel
Fotografie eines
dreidimensionalen Kugelmodells
Computerdarstellung
des Modells
Schematische bunte
Zeichnung des Modells
Schematische Schwarzweiß
Zeichnung des Modells
Stereochemische Formel
In der Untersuchung verwendete Typen von
Darstellungen des Molekülbaus
6
0
20
40
60
80
100
Verschiedene Arten der Darstellung des
Baus von Molekülen
A
n
te
il
d
er
r
ic
h
ti
g
en
A
n
tw
o
rt
en
[
%
]
Ergebnisse
- Aufgaben des Typs “Perzeption”
Darstellung des Anteils richtiger Antworten bei
den Augfgaben des Typs “Perzeption” in Prozent
0
20
40
60
80
100
Grundschule Mittelschule Universität
Verschiedene Arten der Darstellung des Baus
von Molekülen
A
n
te
il
d
e
r
ri
c
h
ti
g
e
n
A
n
tw
o
rt
e
n
[%
]
Alter der Testpersonen: Grudschule: 13 -14 J.; Mittelschule: 17-18 J.; Universität: 21-24 J.
Darstellung des Anteils richtiger Antworten bei den
Aufgaben des Typs “Perzeption” nach dem Bildungsgrad
Ergebnisse
- Aufgaben des Typs “Perzeption”
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[1] Ferk at al. (2003) Students' understanding of molecular structure
representations. Int. j. sci. educ., 2003, vol. 25, no. 10, pp. 1227-1245.
� Studie über die Fähigkeit zu gedanklichen 3d Operationen mit
Molekülen auf der Basis unterschidlicher 2d Aufzeichnungen. [1]
� Studie über die Verwendbarkeit von Hilfsmitteln zur Unterstützung des
Erfassens von 3d Strukturen sowie bei der Lösung von Aufgaben, die
räumliches Denken einschließen. [2]
� Studie über die Situation an Schulen hinsichtlich der Zugänglichkeit
unterschiedlicher Arten von Hilfsmitteln sowie über die Befähigung
(künftiger) Lehrer zu deren Verwendung. [3]
Referenz:
���� Studie zum erfassen der 3d Raumstruktur von Molekülen auf der
Basis unterschiedlicher 2d Aufzeichnungen. [1]
Bestimmung der Forschungsproblematik
a b c d
Stellen Sie sich räumlich ein Koordinatensystem mit den Achsen X, Y, Z
und dem Molekül A in diesem Raum vor..
Wählen Sie die geignete Abbildiung des Moleküls A, wenn man es in
Gedanken nur um die X-Aachse rotieren lässt!
Lösung: ________
z
x
y
Molekül A
BEISPIEL FÜR EINE AUFGABE DES TYPS
“PERZEPTION+ROTATION”
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Stellen Sie sich das Molekül B und sein Spiegelbild räumlich vor,
wie man es nach der Spiegelung über den angezeichneten Spiegel erhält.
Wählen Sie aus den angegebenen Möglichkeiten das Spiegel bild des
Moleküls B aus!
Lösung: ________
SpiegelMolekül B
BEISPIEL EINER AUFGABE DES TYPS
“PERZEPTION + SPIEGELUNG”
a b c d
C
A
E
D
B
F
C
A
E
D
B
FF
A
E
D
C
B C
A
E
D
B
F
Die dargestellten Modelle erhält man durch räumliche Rotation
des Gleichen Moleküls, nur eine der unteren Darstellungen kann
man auf diese Weise nicht erhalten, denn sie zeigt das Spiegelbild
des GLEICHEN Moleküls. Suchen Sie den Eindringling!
BEISPIEL FÜR EINE AUFGABE DES TYPS
“PERZEPTION + ROTATION + SPIEGELUNG”
a b c d
Lösung: ________
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Bedeutung der Art der 2d Darstellung von Molekülstrukturen bei
den Instruktionen der Aufgaben
Ergebnisse
- alle Aufgaben
Arten der 2d Darstellung von Molekülstrukturen in MVTs:
Statisches
Comp. Modell
Stereochem.
Formel
** Signifikant bei α=0.01
M M
Stat.Comp.Modell Stereochem. FormelGruppen der Aufgaben
für MVTs
‘Perzeption”
(N=381)
‘Perzeption +
Rotation’(N=381)
‘Perzeption +
Spiegelung’(N=381)
‘Perzeption +
Rotation+Spiegelung’
(N=381)
Computer model Stereo-chem. formula
Mean SD Mean SD
t p
(N=381)
0.85 0.15 0.91 0.19 -5.27** 0.000
“Perception and Rotation”
(N=381)
0.83 0.38 0.51 0.50 10.49** 0.000
“Perception and Reflection”
(N=381)
0.63 0.48 0.72 0.45 -2.82** 0.005
“Perception, Rotation
and Reflection” 0.36 0.48 0.18 0.38 6.22** 0.000
Gruppen der Aufgaben
für MVTs
“Perzeption”
(N=381)
“Perzeption +
Rotation”(N=381)
“Perzeption +
Spiegelung”(N=381)
“Perzeption +
Rotation+Spiegelung”
(N=381)
M SD
Stat.Comp.Modell Stereochem. Formel
M SD
Schüler A: “Bei der Verwendung von Computermodellen erhält man die
Informationen über die 3d Struktur des Moleküls unmittelbar. Bei der
Verwendung stereochemischer Formeln muss man sich dagegen die Struktur
des Moleküls auf der Basis der Bezeichnungen selbst vorstellen. Das ist so
ähnlich, als würde man, anstatt ein Bild zu betrachten, eine Beschreibung
lesen.”
Ausgewählte Schüleräußerungen aus strukturierten Interviews:
Schüler B: “In Computermodellen sind die Atome gefärbt (gekennzeichnet),
was bei der Ausführung dreidimensionaler Operationen eine Hilfe ist, denn
es erleichtert letztere.”
Schüler C: “Auf der Basis einer stereochemischen Formel ist es leichter,
eine Moleküilstruktur zu entziffern, denn dabei sind die Lagen der Atome
unmissverständlich durch Zeichen ausgewiesen. Jemand hat anstatt deiner
die Aufgabe, die Lage der Atome zu erkennen, schon erledigt.”
Schüler D: “Bei der Spiegelung des Moleküls verwende ich mathematische
Regeln, deshalb ist für mich die unmissverständlich festgelegte Lage der
Atome in der stereochemischen Formel der bessere Ausgangspunkt.”
Ergebnisse
- strukturierte Interviews mit den Schülern
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� Studie über die Fähigkeit zu gedanklichen 3d Operationen mit
Molekülen auf der Basis unterschidlicher 2d Aufzeichnungen. [1]
� Studie über die Verwendbarkeit von Hilfsmitteln zur Unterstützung des
Erfassens von 3d Strukturen sowie bei der Lösung von Aufgaben, die
räumliches Denken einschließen. [2]
� Studie über die Situation an Schulen hinsichtlich der Zugänglichkeit
unterschiedlicher Arten von Hilfsmitteln sowie über die Befähigung
(künftiger) Lehrer zu deren Verwendung. [3]
Referenz:
