historisch - Didaktik der Chemie

Report
Parallelen
Geschichte der Chemie
Chemie in den Schularten
Antike
Empedokles, 450 v. Chr.: die Welt
besteht aus vier Elementen.
Luft
Wasser
Lehrplan GS
Fach: Heimat- und Sachkunde
Grobziel: Kind und Natur
Erfahrungen mit Luft (Jgst. 2)
Erfahrungen mit Wasser (Jgst. 2)
Natürl. Wasserkreislauf (Jgst. 4)
Umgang mit Feuer (Jgst. 1)
Verbrennung (Jgst. 3)
Erde
Feuer
Lehrplan HS Fach
Biologie/Chemie/Physik
Erde
Wie GS (Jgst. 5–9)
Zu Wasser, Luft, Verbrennung
noch:
Boden
AkadDir W. Wagner, Didaktik der Chemie, Universität Bayreuth
Parallelen
Geschichte der Chemie
Chemie in den Schularten
Mittelalter
Stoffwissen als „geheime“
Steckbriefe.
Stoffe trennen, unterscheiden,
kennen (Jgst. 5) und
Säuren, Laugen, Salze (Jgst. 8)
Neuzeit
Lehrpläne für RS und Gymnasium
Chemie als Naturwissenschaft
PSE (111 Elemente),
Verbindungen
Reaktionsmechanismen
Fachsystematische Orientierung
PSE (111 Elemente),
Verbindungen
Reaktionsmechanismen
Ähnlich: Lehrplan HS (Jgst. 10)
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Bedeutung historischer Unterrichtsverfahren
„Beginn“
heute
AkadDir W. Wagner, Didaktik der Chemie, Universität Bayreuth
Artikulation nach einem
historischen Unterrichtsverfahren
Bsp. Realschule: Die Struktur von Benzen (Benzol)
Voraussetzungen:
Elementarformel
Lehrziel:
Aufklärung submikroskopische Strukturen, ohne diese direkt zu sehen.
Feinziele:
• Mehrere Theorien stehen jeweils in Konkurrenz zueinander; Erkennen der
begrenzten Gültigkeit.
• Erkennen, dass Erkenntnisschwierigkeiten der Forscher früher die gleichen
Schwierigkeiten sind, die Schüler heute haben.
• Kennen lernen des Menschen im Forscher: Kekulé bzw. van´t Hoff; MenschlichAllzumenschliches aus der Auseinandersetzung um Theorien (das
Aufeinanderprallen von „allgemein anerkannter Lehrmeinung“ und neuer
Theorie).
Methodische Planung:
Sozialform: Gruppenarbeit
Modelleinsatz
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Artikulation nach einem
historischen Unterrichtsverfahren
Artikulationsstufe 1: Problemstellung
Entscheidung erforderlich für eine räumliche Struktur aus einer Reihe
denkbarer
Artikulationsstufe 2: Information
• Das Wissen zur Zeit Kekulés, Ladenburgs, Dewars
- Verhältnisformel aus CH-Analyse
- Vermutung über den ungesättigten Charakter
- Reaktion mit Brom
- Substitutionsprodukte.
• Aussage moderner theoretischer Modelle heute:
- Das Computerprogramm MOLGEN errechnet 217 denkbare Isomere für die
Molekülformel C6H6.
Artikulationsstufe 3: Lösung des Problems (schülerzentriert)
•Arbeitsauftrag: Tragen Sie Argumente für die drei o.a. Strukturvorschläge
zusammen!
•Arbeitsphase:
Interpretation vorliegender Analysedaten (das Wissen der Zeit).
Errechnen aller denkbaren Strukturen für C6H6 mit MolGen.
Ausschließen von Strukturen auf Grund der Analysedaten.
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Artikulation nach einem
historischen Unterrichtsverfahren
•Diskussion:
 Vorstellen der übriggebliebenen Strukturvorschläge.
 Vergleich der Argumente.
 Entscheidung für die wahrscheinlichste Struktur.
Artikulationsstufe 4: Erweiterung, z.B.
• Der heutige Stand des Wissens.
• Fortbestehende Probleme der modernen Bindungstheorie.
• Probleme mit der Schreibweise.
• Schicksal von anderen Strukturvorschlägen (Dewar-Benzol 1963 synthetisiert,
Ladenburg-Benzol 1973).
• Andere Aromaten (Phenol, Naphthalin, Benzoesäure,...)
Artikulationsstufe 5: Sicherung
• Fixierung theoretischer Grundzüge (Arbeiten mit Modellen, Wandlung von
Modellen über die Zeit, Vereinbarungen über Schreibweisen…)
Erfolgskontrollen
• nach den verschiedenen Anforderungsbereichen I-III
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Disubstitutionsisomere des
Ladenburg-Benzols „Prisman“
X
Y
Y
1
X
2
X
Y
3
Y
X
X
Y
Y
Y
4
X
X
Y
5
X
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Disubstitutionsisomere des
Kekulé-Benzols
X
X
Y
Y
2
1
X
X
3
Y
Y
4
X
5
Y
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Karikatur auf Kekulé‘s Oszillationstheorie
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Artikulation nach einem
historischen Unterrichtsverfahren
Bsp. Gymnasium: Die Struktur von Methan
Voraussetzungen:
Elementarformel, Gaschromatographie, Isomerie-Begriff (Stellungsisomerie),
Chlorierung
Lehrziel:
Korrekte Raumstruktur heraus finden, ohne dass man einzelne Moleküle
sehen kann.
Feinziele:
• Mehrere Theorien stehen jeweils in Konkurrenz zueinander; Erkennen der
begrenzten Gültigkeit.
• Erkennen, dass Erkenntnisschwierigkeiten der Forscher früher die gleichen
Schwierigkeiten sind, die Schüler heute haben.
• Kennen lernen des Menschen im Forscher: Kekulé bzw. van´t Hoff; Menschlichallzumenschliches aus der Auseinandersetzung um Theorien (das
Aufeinanderprallen von „allgemein anerkannter Lehrmeinung“ und neuer
Theorie).
Methodische Planung:
Sozialform: Gruppenarbeit
Modelleinsatz
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Artikulation nach einem
historischen Unterrichtsverfahren
Artikulationsstufe 1: Problemstellung (lehrerzentriert)
Zwei verschiedene räumliche Strukturen von Methan werden diskutiert: die
planare und die tetraedrische. Welche ist richtig?
Artikulationsstufe 2: Informationsphase
Das Wissen von van´t Hoff (Molekülformel aus CH-Analyse, Reaktion mit Chlor,
Substitutionsprodukte). Vorstellen von Substitutionsprodukten.
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Isomere des substituierten Methans I
Die Isomere eines planaren Bromchlorfluormethans.
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Isomere des substituierten Methans I
Isomere eines tetraedrischen Bromchlorfluormethans
(Enantiomere).
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Artikulation nach einem
historischen Unterrichtsverfahren
Artikulationsstufe 3: Durchführung (schülerzentriert)
• Überprüfen anhand von Modellen, welche Anordnung von 4 Liganden um
ein Zentralatom machbar sind. Arbeiten in mehreren Gruppen. Verfolgen der
planaren und der tetraedrischen Hypothese.
Artikulationsstufe 4: Abstraktion
• Erkenntnis verallgemeinert: Moleküle sind nicht planar, sie sind räumlich.
• Übertragung auf alle Moleküle.
Artikulationsstufe 5: Sicherung
Heft- und Tafelskizzen der Methanstruktur
Erfolgskontrolle
• Wiederholung der Methanstruktur (Anf.Bereich I)
• Übertragung auf Tetrachlormethan (Anf.Bereich II)
• Übertragung auf Ethan (Anf.Bereich III)
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