Jenna Koenen und Dennis Kirstein

Ein unbekanntes Gas identifizieren

Experimentieren, Protokollvorlage
Beispiel für Nutzung der Protokollvorlage im Unterricht, © Jenna Koenen und Dennis Kirstein

Jenna Koenen und Dennis Kirstein

Öffnungsgrade von Experimentiersituationen

Experimentierarrangements stellen im Chemieunterricht vielfältige Lerngelegenheiten dar. Banchi und Bell [1] nutzen zur groben Kategorisierung von Experimentierarrangements vier Arten von Untersuchungen. Diese Kategorisierung unterscheidet im Wesentlichen danach, ob bestimmte Elemente wie die Fragestellung, das Vorgehen oder die Lösung vorgegeben sind oder nicht. Die in diesem Artikel vorgestellte Experimentierbox bietet den Rahmen für ein geleitetes Experiment: Die Fragestellung ist vorgegeben, wohingegen das Vorgehen und die Lösung nicht gegeben sind. Sie zeichnet sich trotz gegebener Fragestellung durch einen großen Grad an Offenheit aus. Diese Offenheit führt dazu, dass Schülerinnen und Schüler ihren Experimentierprozess selbst strukturieren müssen. Dabei haben sie jedoch häufig verschiedene Schwierigkeiten (vgl. [1]). Daher sind Unterstützungsmaßnahmen sinnvoll, die in Ausmaß und Form variieren können. Im Beitrag sollen exemplarisch sechs Variationen von Unterstützungsmaßnahmen dargestellt werden (vgl. Abb.1 ). Es ist zu erkennen, dass diese Unterstützungsmaßnahmen das Experimentierarrangement weiter schließen und jeweils einen anderen Fokus aufweisen können. So können Unterstützungsmaßnahmen auf fachinhaltlicher ebenso wie auf experimentierprozessbezogener Ebene ergriffen werden.
Der Grad der Offenheit ist ein entscheidendes Gestaltungskriterium für Experimentiersettings. Daneben hängt die Gestaltung auch davon ab, welche Kompetenzen angestrebt werden. Es kann allein das fachinhaltliche Lernen im Vordergrund stehen oder zusätzlich Aspekte der Prozessperspektive im Sinne des Experimentierens als Erkenntnismethode thematisiert werden oder es kann allein die Prozessperspektive im Fokus stehen (vgl. [2]).
Im Rahmen dieses Artikels werden anhand der Experimentierbox „Identifizierung eines unbekannten Gases Möglichkeiten vorgestellt, innerhalb der Kategorie der geleiteten Untersuchung die Offenheit des Experimentierarrangements in Abhängigkeit vom jeweiligen Lernziel graduell zu stufen.
Aufbau der Experimentierbox
Ziele der Untersuchung sind die Identifizierung eines für die Schülerinnen und Schüler unbekannten Gases (fachinhaltlich) und die Beschreibung des dazu notwendigen Vorgehens (fachmethodisch). Die Lernenden erhalten dazu eine Aufgabenkarte (Abb.2 ) sowie Hinweise zur Sicherheit und Entsorgung (Abb.3 ).
Zur Bearbeitung der Problemstellung können verschiedene, teils unspezifische Nachweisreaktionen für Gase (Stickstoff, Kohlenstoffdioxid, Sauerstoff, Wasserstoff) genutzt werden. Ziel ist die erfolgreiche Nutzung der Knallgasprobe zur Identifizierung des Gases als Wasserstoff. Zur Bearbeitung stehen die in Tabelle1 aufgeführten Materialien zur Verfügung, anhand derer die Box nachgebaut werden kann.
Prinzipiell ist es aufgrund der vorliegenden Geräte und Chemikalien auch möglich einen Wasserstoff-, Kohlenstoffdioxid-, Sauerstoff- sowie einen unspezifischen Stickstoffnachweis durchzuführen. Durch die Fülle an Materialien bietet die Box die Möglichkeit den im Basisartikel beschriebenen Erkenntnisprozess (vgl.S.5, Abb.2) mehrfach zu durchlaufen. Es werden außerdem Möglichkeiten zur Falsifizierung von Vermutungen gegeben. Dies ist ein häufig wenig thematisierter Aspekt des Erkenntnisprozesses. Die Notwendigkeit, die Falsifizierung auch explizit zu thematisieren, besteht, da Schülerinnen und Schüler dazu neigen Bestätigungsexperimente durchzuführen. Des Weiteren deuten sie häufig sogar Ergebnisse in Bezug auf ihre Hypothese um, damit sie diese nicht falsifizieren müssen [3]. Die Aufgabenstellung (Abb.2) gibt zur Thematisierung einer möglichen Falsifizierung ausreichend Anlass, da in ihr das Beschreiben des „Forschungsprozesses und die Begründung der Ergebnisse explizit gefordert sind.
Fachinhaltliche Einordnung
Die inhaltliche Orientierung der Experimentierbox lässt sich dem Basiskonzept Chemische...

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Fakten zum Artikel
aus: Unterricht Chemie Nr. 158 / 2017

Experimentieren

Friedrich+ Kennzeichnung Praxis Schuljahr 9-10