Ideen und Vorschläge zu einer präexperimentellen Phase im

Laborunterricht

Mag. Erich Kerzendorfer BG und BRG St. Pölten, KPH Krems

KOCHREZEPTE reichen nicht

Die SCHULE – das „Gym“ BG und BRG St. Pölten – Josefstraße • 38 Klassen, 900 SchülerInnen • 4 Zweige

• Sport • Sprachen • Realgymnasium • Nawi - Schwerpunkt

Der Vortragende

Mag. Erich Kerzendorfer • Lehramt CH/PH an der TU-Wien • Seit 1985 am Gym St. Pölten • Mitbegründer des nawi – Zweigs (1990) • Seit 2005 Administrator (und daher leider

wenig Chemiestunden) • Fachbereichskoordinator für PC an der KPH

in Krems • Spezialgebiet: Computereinsatz im Chemie-

unterricht, speziell der Einsatz von Daten-loggern im Laborunterricht

INHALT

• Der nawi-Zweig am Gym St. Pölten • Der Laborunterricht und seine Probleme • Ideen für einen besseren Laborunterricht • Experimentierphasen und ihre Umsetzung • Erfahrungen und Kritik

Das Umfeld: nwRG St.Pölten

nwRG - Historische Entwicklung

Schulversuch-Planung Nawi-RG

1.Projektwoche Ottenstein (4. Klasse)

1. Projektwoche Linz/München (6.Klasse)

1. nwRG-Labor Reifeprüfung

90/91 91/92 92/93 93/94 94/95 95/96 96/97 97/98 98/99 99/00

1. PH und BIUK Labor in 3. Kl. Schulversuch

1. Projektwoche Seewinkel (7. Klasse)

Konvertierung Schulversuch zu regulärem nawi- Zweig

nwRG - Historische Entwicklung

00/01 02/03 04/05 06/07 08/09 10/11 12/13 14/15

1. Projektwoche „SALZ“ - Hallstatt (5. Klasse)

20 Jahre nwRG

2 nwRG Klassen (in US und OS)

Überarbeitung/ Modulare Oberstufe im nwRG

IMST Projekt Präexperimentelle Phase im Chemie-labor

1. Meeresbiologische Projektwoche /Pula

Die Labors im nwRG Start in der 3. Klasse

SEK 1 SEK 2

Fach/Klasse 3. 4. 5. 6. 7. 8.

CHEMIE 2 1 1

2* PHYSIK 2 2 1 1 1

BIOLOGIE 2 1

GESAMT 4 4 2 2 2 2

* Fächerübergreifendes nawi-Praktikum (ab SJ 2014/15)

CHEMIE- Labor Sekundarstufe 1

SCHWERPUNKTE Arbeitstechniken Sicherheit Stoffeigenschaften Trennmethoden Analysen Synthesen Stoffe des Alltags Lebensmittel

UMFRAGE zum CHEMIE-Labor Beurteile das CHEMIE-Labor in Unterstufe und Oberstufe (Schulnotensystem, Teilnehmer 6. – 8.Klasse nwRG OS, Jänner 2014)

28,3

42,0

21,4

8,3

0,0

16,5

37,0

30,0

15,0

1,7

0,0 5,0 10,0 15,0 20,0 25,0 30,0 35,0 40,0 45,0

1

2

3

4

5

OS US

UMFRAGE zum CHEMIE-Labor Warum ist deiner Meinung nach speziell das Chemie-Labor in der Oberstufe weniger attraktiv als in der Unterstufe? (Angabe in %, Mehrfachnennung möglich, Teilnehmer 6. – 8.Klasse nwRG OS, Jänner 2014)

19

24

34

38

55

9,5

CH-Labor ist in der OS besser

Wenig motivierende Fragestellungen

Komplexe Aufgaben

Zu wenig Möglichkeiten für eigene Ideen

Arbeitsintensive Protokolle

Mehr Zeit- und Leistungsdruck

Und in der Oberstufe?

Höhere Anforderungen Sinkende Motivation

Schwierigkeitsgrad Mehr Theorie Protokollführung Gesamtbelastung

Elitenbildung Leistungsschere Mitläufer Pflichtübung

Motivation steigern

Problembewusstsein stärken

Eigenständigkeit entwickeln

Individualität fördern

Nachhaltigkeit anstreben Aber wie?

Experimentierphasen

Ausführungsphase

Rahmenbedingungen

Stärker ausprägen

Attraktiver, variabler gestalten

Optimieren

PRÄEXPERIMENTELLE PHASE Stufenmodell nach Dr. Anton und Dr. Neber

LERN

PLAT

TFO

RM

Beobachten Wissen aktivieren Fragen Planen

AUSFÜHRUNG - EXPERIMENT

Varianten zulassen

Beobachtung schärfen

Protokollieren unterstützen

Auswertung fördern

POSTEXPERIMENTELLE PHASE Schlüsse ziehen

Ertrag absichern

Qualität einfordern

Evaluation durchführen

BEOBACHTEN

Einstieg und Aufgabenstellung in Form einer Beobachtung • Messung • Einfaches Experiment • Video / Artikel

• Offene Problemstellung • Eigene Überlegungen • Anregung zur Planung

Beispiel: Salzgehalt von Chips

• Messung der Leitfähigkeit • Fällung von Chlorid mit Ag+

• Konzentrationselement

BEOBACHTEN

Beispiele für Einstiegsexperimente

Beispiel: Salzgehalt von Chips

Versuch 1: Messung der elektrischen Leitfähigkeit eins Chips – Extrakts Versuch 2: Fällung von Silberchlorid aus einer NaCl – Lösung Optionaler Einsatz von Kaliumchromat als Indikator Versuch 3: Messung der Potentialänderung während der Fällung (alternativ mit einem Redoxsensor oder einer Konzentrationszelle Durchführung mit einem Datenlogger (LabQuest) von Vernier

AKTIVIEREN von VORWISSEN

• Beschreibung und Erklärung der Beobachtungen • Formulieren von Fragestellungen • Aufstellen von Vermutungen / Hypothesen

• Arbeitsblätter mit gezielten Fragestellungen / Aufgaben • Animationen und Simulationen zum Thema • Online Ressourcen und Lernplattformen

• Zeitliche Befristung der Ausarbeitung • Abgabe / Hochladen der Ergebnisse • Überblick Wissensstand der Arbeitsgruppen • Eingriff und Hilfestellung durch die Lehrperson

Werkzeuge zur Aktivierung

Animationen und Lernprogramme • www.chemie-interaktiv.net

Simulationen und Virtuelle Labors • http://chemcollective.org/home • http://www.yenka.com/science/

Informationsplattformen • http://www.chemgapedia.de • http://www.ck12.org/teacher/

FRAGEN

Vorgabe • Bewusst unterdeterminierte Aufgaben • Motivierende Kontexte

Prozess

• Vorwissen elaborieren und strukturieren • Konkretisierung der Aufgabenstellung • Gut geplante Untersuchungen

Fragen

• Epistemische, auf Wissensgewinn gerichtete Fragen • Vermutung – Vorhersage – Hypothese darauf

basierende Versuchsplanung

PLANEN

Konzept Vorschrift

Experiment

Hypothese

Aktivierung

Beobachtung

Zeitliche Ressourcen

Apparative Ressourcen Machbarkeit

LehrerIn

Durchführbarkeit Der Plan lässt sich unter Bedingungen des Schullabors im

vorgegebenen Zeitrahmen durchführen Die Schritte der erarbeiteten Versuchsvorschrift sind so

eindeutig, dass sie sich 1:1 realisieren lassen Vollständigkeit Alle notwendigen Schritte sind im Plan enthalten Entscheidbarkeit Die vorläufige Antwort lässt sich durch Ausführung des

Versuchsplans eindeutig verifizieren Korrektheit Der Plan ist fachlich, d.h. chemisch korrekt und stimmig Komplexität, alternative Ansätze Zusätzlich positiv zu werten ist, wenn alternative

Bedingungen realisiert und verglichen werden.

KRITERIEN

Weg 1: Leitfähigkeitsmessung

Weg 2: Fällungstitration nach Mohr

Weg 3: Potentiometrische Titration

Bezug zum Kompetenzmodell

Inhaltliche Dimension

Wissen organisieren: Aneignen, Darstellen und Kommunizieren Wissen aktivieren Erkenntnisse gewinnen: Fragen, Untersuchen, Interpretieren Beobachten / Fragen / Planen Schlüsse ziehen: Bewerten, Entscheiden, Handeln Experiment / Auswertung / Protokoll

Handlungsdimension

Anforderungsdimension

Auf

baup

rinzi

pien

der

M

ater

ie

Roh

stof

fque

llen

Anforderungsniveau I

Anforderungsniveau II

Anforderungsniveau III

Sto

ffe

Che

mis

che

Rea

ktio

nen

Erfahrungen und Kritik

• Akzeptanz kann am Beginn gering sein • Experiment/Beobachtung am Beginn muss gut gewählt werden • Aktivierungsphase darf nicht zu zeitaufwendig sein • Einen Teil der Aktivierung vorzuverlegen kann sehr viel bringen • Gute Fragestellungen und das Entwickeln von Hypothesen

brauchen oft Anleitung / Unterstützung • Nicht alle SchülerInnen sprechen gleich auf dieses Modell an • Straffer Zeit- und Ablaufplan erforderlich • Nur Probleme mit mehreren Lösungsansätzen sind geeignet • Hilfestellung durch die Lehrperson muss gut „dosiert“ werden

Vorschau Workshop

Spezielle Beispiele • Le Chatelier mit Fe(SCN)3

• Salzgehalt von Knabbergebäck (oder ev. streusalzbelastetem Schnee)

• Bestimmung der Säurestärke • Untersuchung von Redoxpotentialen (Metalle

als Spannungslieferanten)