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DIE ROLLE UNTERSCHIEDLICHER DARSTELLUNGEN DES · PDF file4 Die Verwendung unterschiedlicher Darstellungen des Molekül- und Kristallenbaus beim Lehre und Lernen der Chemie Studie zum

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  • 1

    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

  • 2

    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

  • 3

    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

  • 4

    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:

  • 5

    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”

  • 7

    [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”

  • 8

    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: ________

  • 9

    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

  • 10

    � 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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