Didaktik der Chemie

Kurzbeschreibung

Physikalische Trennverfahren stellen einen zentralen Bereich von Fachmethoden der Chemie dar. Drei der grundlegenden physikalischen Trennverfahren (Extraktion, Destillation und Filtration) sind in der Soxhlet-Apparatur vereint. Die Extraktion nach Soxhlet stellt eine der wichtigsten Methoden zur vollständigen Isolierung von Naturstoffen, z.B. Fette, dar.
Ziel der Untersuchung ist es, das Verständnis für die Funktionsweise dieser Apparatur zu erfassen.
Das Untersuchungsdesign sieht eine Pre-Post-Fragebogenstudie mit Kontrolle des Vorwissens vor, wobei ein offenes Aufgabenformat gewählt wird. Die Stichprobe umfasst Schülerinnen und Schüler der Mittelstufe sowie der Oberstufe, angehende Chemielaboranten, Studierende mit Chemie im Nebenfach und Studierende für das Lehramt (Chemie). Die Daten werden mittels der Qualitativen Inhaltsanalyse nach Mayring ausgewertet.
Die erzielten Ergebnisse lassen u.a. Aussagen über das Vorhandensein bestimmter Fachkonzepte bei den jeweiligen Probandengruppen und deren Einfluss auf die Wiedererkennung beim Soxhlet-Apparat zu.

 

Laufzeit

2002 - 2008

 

Projektmitarbeiter

Anja Bienholz, Tobias Braemer, Julia Lorke

 

Kooperationspartner

Dr. Sabine Lehmann-Grube (Institut für Erziehungswissenschaften und Psychologie, Abteilung Berufs-, Wirtschafts- und Technikpädagogik, Universität Stuttgart)

 

Finanzierung

 

Wichtigste Projektpublikationen

Lehmann-Grube, S.: Content analysis of task solutions as a means to generate achievement scores. In: Ph. Mayring et al. (Hrsg.): Mixed Methodology in Psychological Research. Sense Publishers, Rotterdam 2007, S. 47-65.

Bienholz, A.; Sommer, K.: Teebeutel statt Soxhlet-Apparat. In: Unterricht Chemie 17 (2006) 94/95, S. 48-52.

 

Qualifikationsarbeiten

Braemer, T.: Untersuchungen zum Verständnis der Funktionsweise einer chemischen Fachmethode - dargestellt am Beispiel der Soxhlet-Apparatur. Unveröffentlichte Staatsexamensarbeit, Ruhr-Universität Bochum 2008

Bienholz A.: Kakaobutter und Sojaöl - Konzeption, Durchführung und Evaluierung eines Projektes im Schülerlabor unter besonderer Berücksichtigung chemischer Fachmethoden. Unveröffentlichte Staatsexamensarbeit, Ruhr-Universität Bochum 2005

 

Kurzbeschreibung

Das Ziel der Forscher Ferien ist es, den Kindern aus sozial benachteiligender Umgebung vielfältige Begegnungen mit Natur-wissenschaften zu ermöglichen. Dabei sollen Neugier und Interesse geweckt und bislang unentdeckte Potentiale für die Ausei-nandersetzung mit Naturwissenschaften freigelegt werden. Im Mittelpunkt stehen Kinder in der zweiten Phase ihrer Grund-schulzeit - konkret am Ende der dritten Jahrgangsstufe. Kinder dieses Alters eint, dass sie unabhängig von ihrem Leistungsstand den Naturwissenschaften eine hohe Aufgeschlossenheit entgegenbringen.
Das didaktische Konzept stellt naturwissenschaftliche Denk- und Arbeitsweisen in den Mittelpunkt. Sie kommen zum Einsatz, um Fragen, welche aus der Begegnung mit naturwissenschaftlichen Themen entspringen, experimentell zu beantworten. Die Kinder bleiben sich dabei nicht selbst überlassen, sondern werden angeregt, auf der Basis von zunächst nacharbeitend formulierten Versuchsvorschriften später anwendungsorientierte bis hin zu problemlösenden Fragestellungen gemeinsam zu bearbeiten.

 

Laufzeit

2007 - 2011

 

Projektmitarbeiter

Susanne Buse, Elke Eisenacher, Ursula Fischer, Daniela Gude, Kathrin Honskamp, Amelie Hüttner, Annette Kakoschke, Helma Kleinhorst, Andrea Koch, Dr. Julia Lorke, Heiko Nisch, Dr. Adrian Russek, Alexander Schäfer, Dr. Susanne Schaffer, Björn Schleutker, Astrid Schmidt, André Schuhmann, Verena Tettenborn, Kathrin Thimm, Kathrin Vogler

 

Kooperationspartner

Prof. Dr. Reinhard Demuth (Didaktik der Chemie, IPN, Universität Kiel)
Prof. Dr. Cornelia Gräsel (Institut für Bildungsforschung, Universität Wuppertal)
GGS Bochum-Hofstede (Rektor: Gerhard Blaschke)

 

Finanzierung

 

Wichtigste Projektpublikationen

Sommer, K. et al. (2011). Forscher Ferien Dokumentation. Bochum/Bonn: Deutsche Telekom Stiftung (240 Seiten + CD)

Sommer, K. et al.: Forscher Ferien - Eine naturwissenschaftliche Sommerschule für Grundschulkinder aus sozial benachteiligten Umgebungen. In: Unterricht Chemie 23 (2011) 123, S.22-29.

Demuth, R.; Sommer, K.: Forscher Ferien. In: MNU Primar 1 (2009) 1, S. 20-25.

Demuth, R.; Efler-Mikat, D.; Kleinert, K.: Das Projekt Forscher Ferien - ein erster Erfahrungsbericht über ein Forschungsprojekt zur Kompensation von Lerndefiziten mit außerschulischen Lernangeboten. In: Chemkon 15 (2008) 2, S.63-68

 

Pressetermine

Im Garten des Bundespräsidialamtes Schloss Bellevue (02.07.2008, Berlin)

 

Pressekonferenz mit dem Ministerpräsidenten von Nordrhein-Westfalen, Dr. Jürgen Rüttgers,
und dem Vorsitzenden der Deutschen Telekom-Stiftung, Dr. Klaus Kinkel (10.09.2007, Düsseldorf)

 

Ein Mittagessen mit dem Vorstandsvorsitzenden der Deutschen Telekom, René Obermann (28.09.2007, Bonn)

 

Besuch der Schulministerin Barbara Sommer bei der "Naturwissenschafts-AG" an der GGS Hofstede (07.11.2007)

 

Kurzbeschreibung

Einen besonderen Beitrag zur Nachhaltigkeit des Projektes leisten die Forscher Ferien - Alumni, das Treffen der Ehemaligen. Die Forscher Ferien-Kinder, die inzwischen eine weiterführende Schule besuchen, kehren unabhängig von der besuchten Schulform an die Universität zurück. An jeweils vier Tagen in den Herbst- und Osterferien können sie zu einem thematischen Schwerpunkt gemeinsam forschen und experimentieren.
Nehmen die Kinder dieses Angebot an? Wenn ja, beschränkt sich ihre Teilnahme auf einen einmaligen Besuch? Von den Forscher Ferien-Kindern des Jahrgangs 2007/08 haben 67% mindestens einmal an den Forscher Ferien - Alumni teilgenommen (N=24 Kinder). Die meisten Kinder kamen aber mehr als einmal: 36% der Alumni-Teilnehmer (N=13) haben drei, 30% der Kinder (N=11) vier und 6% der Kinder (N=2) alle fünf angebotenen Programme besucht. Sie kehren also trotz der unterschiedlichen Schulformen - von der Realschule über die Gesamtschule bis zum Gymnasium - an die Universität zurück. Dieses Ergebnis ist umso erfreulicher, da das Sommercamp zum Beginn des Herbstprojektes 2010 mehr als drei Jahre zurückliegt. Wir haben also mit Forscher Ferien - Alumni eine Maßnahme entwickelt, die zu Recht das Merkmal nachhaltig wirkend tragen darf.

 

Laufzeit

2008 - 2010

 

Projektmitarbeiter

Susanne Buse, Elke Eisenacher, Ursula Fischer, Daniela Gude, Kathrin Honskamp, Amelie Hüttner, Annette Kakoschke, Helma Kleinhorst, Andrea Koch, Dr. Julia Lorke, Heiko Nisch, Dr. Adrian Russek, Alexander Schäfer, Dr. Susanne Schaffer, Björn Schleutker, Astrid Schmidt, André Schuhmann, Verena Tettenborn, Kathrin Thimm, Kathrin Vogler

 

Finanzierung

 

Wichtigste Projektpublikationen

Sommer, K. et al. (2011). Forscher Ferien Dokumentation. Bochum/Bonn: Deutsche Telekom Stiftung (240 Seiten + CD)

Demuth, R.; Sommer, K.: Forscher Ferien. In: MNU Primar 1 (2009) 1, S. 20-25.

 

Kurzbeschreibung

Die Deutsche Gesellschaft für Materialkunde e.V. (DGM) hat im Wissenschaftsjahr 2009 die Wanderausstellung "Forschungsexpedition im Land der Materialwissenschaft und Werkstofftechnik" mit finanzieller Unterstützung des BMBF aufgebaut. Die Wanderausstellung besteht aus verschiedenen interaktiven Stationen - vom Lichtmikroskop über die Zugmaschine bis zu "Formgedächtnismetallen". Ziel der Wanderausstellung ist es, die Öffentlichkeit, besonders Schülerinnen und Schüler, über Methoden und Entwicklungen in diesem Themengebiet zu informieren. Darüber hinaus wurde die Idee geboren, die "Forschungsexpedition" für ein Schülerlaborprojekt nutzbar zu machen. Für die Durchführung bot sich das Alfried Krupp-Schülerlabor der Ruhr-Universität Bochum aufgrund seines interdisziplinären Charakters (Beteiligung aller 20 Fakultäten der RUB) an.
Bei Auseinandersetzung mit den Inhalten und Methoden der Materialwissenschaft und Werkstofftechnik werden die engen Beziehungen zum Fach Chemie deutlich. Es liegt nahe, das didaktische Konzept des Schülerlaborprojektes "Prüfstelle Schülerlabor" an einer der zentralen chemiedidaktischen Leitlinien "Stoff-Struktur-Eigenschaften" zu orientieren, diese wird ergänzt durch die "Verwendung" der Werk-Stoffe. Durch die bestehenden engen Verknüpfungen zwischen den Disziplinen besteht in der "Prüfstelle Schülerlabor" die Möglichkeit, dass die Schülerinnen und Schüler ihr fachspezifisches Wissen einbinden und einen Transfer auf andere Wissenschaftsdisziplinen vornehmen.

 

Laufzeit

2010 - 2011 (Entwicklung); seit 2011 - im Kanon der Schülerlaborprojekte

 

Projektmitarbeiter

Lena Gehle, Anna Lena Enste, Henning Steff

 

Kooperationspartner

Prof. Dr. Michael Pohl & Lorenz Gerke (Lehrstuhl für Werkstoffprüfung, Ruhr-Universität Bochum)
Prof. Dr. Alexander Hartmaier & Benjamin Schmaling (Micromechanical and Macroscopic Modelling, ICAMS, Ruhr-Universität Bochum)
Dr. Frank Fischer (Deutsche Gesellschaft für Materialkunde e.V.)
Alfried Krupp-Schülerlabor der Ruhr-Universität Bochum

 

Finanzierung

ICAMS Ruhr-Universität Bochum

 

Wichtigste Projektpublikationen

Vortrag auf dem MSE-Kongress 2010

 

Qualifikationsarbeiten

Enste, Anna Lena: Prüfstelle Schülerlabor: Entwicklung und Erprobung eines Projektes im Themenfeld Materialwissenschaft und Werkstoffprüfung. Unveröffentlichte Masterarbeit, Ruhr-Universität Bochum 2011

 

Kurzbeschreibung

Die fachdidaktische Leitlinie "Stoff-Struktur-Eigenschaften" nimmt im Chemieunterricht eine zentrale Position ein. Gespeist wird sie durch die Basiskonzepte "Stoff-Teilchen-Beziehung" und "Struktur-Eigenschafts-Beziehung". Dieser Auseinandersetzung stehen die Fragen nach dem Vorkommen bzw. der Herstellung des Stoffes sowie Aspekte der Anwendung und des Recyclings komplementär zur Seite. Was bedeutet das für das Beispiel Aluminium?
Aluminium wird in einem zweistufigen Prozess aus Bauxit unter hohem Energieaufwand gewonnen. Bereits die Gewinnung von Aluminium lässt sich nicht nur unter chemischem Aspekt behandeln, sondern sie ist eng verflochten mit physikalischen, (wirtschafts-)geographischen und ökologischen Fragen. Der klassischen Leitlinie des Chemieunterrichtes folgend lassen sich typische Beziehungen zwischen der Struktur von Aluminium (Stichwort: Metallbindung) und den daraus resultierenden Eigenschaften aufzeigen. Diese wiederum machen die Vielzahl von wichtigen Verwendungsmöglichkeiten verständlich. Von besonderer Bedeutung ist ein hocheffizientes Recycling von Aluminiumprodukten nach der Nutzungsphase.
Das beschriebene Konzept ist nicht nur aus didaktischer Sicht grundlegend, sondern dessen Bedeutung wird von Seiten der Industrie mit dem Terminus "Kreislaufwirtschaft von Aluminium" noch unterstrichen. Die Kreislaufwirtschaft ist untrennbar verknüpft mit dem energetischen Aspekt, insbesondere durch die enge Beziehung von Primär- und Sekundäraluminium. Schule und Industrie haben demnach weitgehend identische Vorstellungen über die Präsentation des (Werk-)Stoffes Aluminium.

 

Finanzierung

Gesamtverband der Aluminiumindustrie e.V. (GDA) sowie Unternehmen der Aluminiumbranche

 

Wichtigste Projektpublikationen

Sommer, K.; Aufdemkamp, G.: Rund ums Aluminium - Schülerlabor und Tandemfortbildung. In: Chemie in unserer Zeit 43 (2009) 6, S.408-416.

Sommer, K. (Hrsg.): Aluminium. Unterricht Chemie 13 (2002) 68

Sommer, K.: Aluminium - Arbeitsblätter für den Unterricht. www.aluinfo.de (Schule und Unterricht) 2001

 

Kurzbeschreibung

Schülerübungen umfassen das eigenständige Experimentieren von Schülern - mit Ausnahme der vor der Klasse vorgeführten Schülerdemonstrationsexperimente. Der Begriff Schülerübung steht synonym zu Schülerexperiment und Schülerversuch. In der aktuellen Diskussion um die Bildungsstandards rücken die Schülerübungen wieder verstärkt in den Blickpunkt und erhalten mit dem Kompetenzbereich "Erkenntnisgewinnung" eine entsprechende Plattform.
Das Projekt verfolgt das Ziel, ein umfassendes Bild bezüglich der Schülerübungen im Chemieunterricht der bayerischen Realschule zu zeichnen; dazu gehören Häufigkeit, Themen und vor allem Konzeptionen. Das Untersuchungsdesign für die Erhebung des IST-Zustandes sieht einen mixed-methods-Ansatz vor, bei dem schriftliche Befragung mittels Fragebogen und Interviews kombiniert werden. Für die Datenauswertung wird die qualitative Inhaltsanalyse nach Mayring gewählt.
Aus den gewonnenen Ergebnissen sollen mögliche Handlungsperspektiven für die Unterrichtspraxis entwickelt werden.

Nachtrag: Die konzipierte Lehrerfortbildung "Schülerübungen `mal nicht nacharbeitend" eröffnet den Teilnehmern die Möglichkeit der theoretischen und praktischen Auseinandersetzung mit verschiedenen didaktisch-methodischen Konzeptionen. Sie erleben, wie man ein und dasselbe Beispiel als Schülerübung nach drei verschiedenen didaktisch-methodischen Konzeptionen entwickeln kann: Schülerübungen im Sinne des Nacharbeitens einer Versuchsvorschrift, im Sinne anwendungsorientierter Aufgaben bzw. im Sinne des problemlösenden Experimentierens. Auf diese Weise soll eine didaktisch-methodische Flexibilität erreicht werden.

 

Laufzeit

2004 - 2007

 

Projektmitarbeiter

Susanne Metzger (Didaktik der Chemie, Ruhr-Universität Bochum)

 

Kooperationspartner

Prof. Dr. Peter Pfeifer (Didaktik der Chemie, Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg)

 

Wichtigste Projektpublikationen

Schaffer, S.; Pfeifer, P.: Ziele von Schülerexperimenten. In: UC 22 (2011) 126, S.10-13.

Pfeifer, P.; Schaffer, S.; Sommer, K.: Schülerexperimente im Unterricht. In: Unterricht Chemie 22 (2011) 126, S. 2-9.

Metzger, S.; Sommer, K.: "Kochrezept" oder experimentelle Methode? Eine Standortbestimmung von Schülerexperimenten unter dem Gesichtspunkt der Erkenntnisgewinnung. In: MNU 63 (2010) 1, S. 4-11.

Sommer, K.; Metzger, S.: Schülerübungen im Chemieunterricht der Realschule in Bayern - Zwischen Lehrplan, Schulalltag und Bildungsstandards. In: Experimentelle Aufgabenstellungen im Chemieunterricht. Akademiebericht, Dillingen 2008, S. 47-58.

 

Qualifikationsarbeiten

Metzger, S.: Schülerübungen im Chemieunterricht der bayerischen Realschule - Eine empirische Untersuchung unter besonderer Berücksichtigung naturwissenschaftlicher Denk- und Arbeitsweisen. Dissertation, Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg 2007

 

Kurzbeschreibung

Die praktische Anwendung bereits erlernter Fachmethoden und Basiskonzepte ist eine Anforderung an die Lernenden, die laut den Bildungsstandards in einem zeitgemäßen Chemieunterricht besondere Relevanz finden sollte. Genau das wird durch die im Rahmen dieser Arbeit entwickelte experimentell ausgerichtete Unterrichts- bzw. Praktikumseinheit für die Oberstufe bzw. für die praktische Chemie-Ausbildung zu Beginn des Hochschulstudiums umgesetzt.
Aus thematischer Sicht wird hierzu die Stoffgruppe der Citrusflavonoide bearbeitet. Dieses in der Regel im Chemieunterricht nicht behandelte Thema zeichnet sich durch eine hohe Alltagsrelevanz aus und lässt sich zudem inhaltlich durchaus selbstständig von den Lernenden erschließen.
Die experimentelle Erschließung, wissenschaftliche Absicherung und didaktisch-methodische Aufbereitung dieses Themas stellt einen wichtigen Schwerpunkt der Arbeit dar, da dieses Themengebiet in der fachdidaktischen Literatur so gut wie nicht erschlossen ist.
Zur methodischen Umsetzung werden gestufte Lernhilfen eingesetzt. Dieses bis dato nur zur Unterstützung rein kognitiver Aufgaben eingesetzte Methodenwerkzeug wird im Rahmen dieser Arbeit erstmals auch bei selbstständigen Schülerexperimenten genutzt.
Durch die Evaluation der Leistungen der Probanden liegen zudem detaillierte Aussagen über den Kenntnisstand hinsichtlich funktioneller Gruppen und einfacher nasschemischer Nachweisverfahren vor.
Die Erschließung des Themengebietes der Citrusflavonoide, die Anwendung gestufter Lernhilfen auf praktische Schülerexperimente sowie konkrete evaluative Daten über den Kenntnisstand der Lernenden sollen als Impuls für eine zeitgemäße Ausbildung in Schule und Hochschule dienen.

 

Laufzeit

2006 - 2008

 

Projektmitarbeiter

Robert Wieczorek (Didaktik der Chemie, Ruhr-Universität Bochum)

 

Kooperationspartner

Prof. Dr. Armin Reller & Dr. Jan Hanss (Lehrstuhl für Festkörperchemie, Universität Augsburg)

 

Finanzierung

 

Wichtigste Projektpublikationen

Wieczorek, R.; Sommer, K.: Antioxidantien - Die Opferanoden der Natur!? In: Praxis der Naturwissenschaften Chemie, eingereicht

Wieczorek, R.; Sommer, K.: Demonstrating the Antioxidative Capacity of Substances with Lightsticks. In: Journal of chemical education 88 (2011) 4, S. 468-469.

Wieczorek, R.; Sommer, K.: Abgestufte Lernhilfen und deren Einsatz bei eigenverantwortlichen Schülerexperimenten. In: Unterricht Chemie 19 (2008) 106/107, S. 88-93.

 

Qualifikationsarbeiten

Wieczorek, R.: Das Citrusflavonoid und Antioxidationsmittel Naringin - Experimentelle Erschließung und didaktisch methodische Umsetzung für Schule und Hochschule unter besonderer Berücksichtigung gestufter Lernhilfen. Dissertation, Ruhr-Universität Bochum 2008

Schliwsky, B.: Untersuchung zur Isolierung von Citrus-Flavonoiden mittels Cyclodextrinen. Unveröffentlichte Bachelorarbeit, Ruhr-Universität Bochum 2008