Unterricht digital unterstützen

Unterricht digital unterstützen

Unterricht Chemie | Ausgabe Nr. 177/178 2020

Wie sieht aktuell Ihr Unterricht mit digitalen Medien aus? Vielleicht unterrichten Sie Chemie in einem Fachraum, der durch die Ausstattungsoffensive des Digitalpakts mit digital arbeitenden Präsentations- und Arbeitsgeräten ausgestattet wurde. Vielleicht haben Sie sich bisher aber auch vergleichsweise wenig Gedanken um das Arbeiten mit digitalen Medien und Geräten gemacht?

Inhaltsverzeichnis
© Bernhard Sieve
Digitaler Unterricht, digitale Medien, digitale Werkzeuge, digitale Technik, digitale Kompetenz
Chemieunterricht digital unterstützen Chemieunterricht digital unterstützen
Friedrich+ Kennzeichnung Methode & Didaktik Schuljahr 5-13

Schulschließungen und Distanzlernen haben Lehrkräfte quasi über Nacht gezwungen, sich verstärkt mit bestimmten digitalen Medien auseinanderzusetzen und den Unterricht gänzlich neu zu organisieren. Fragen um die lernförderliche Wirkung digitaler Medien und Geräte sind stärker in den Blick gerückt als jemals zuvor. Wo liegen die Potenziale digitaler Lernwerkzeuge? Welche technischen und didaktischen Kompetenzen benötigen Lehrkräfte, um diese Werkzeuge lernförderlich und unterstützend im Unterricht einsetzen zu können? Der Basisartikel gibt einen Überblick über digitale Werkzeuge und ihre Einsatzmöglichkeiten.

© Bernhard Sieve
Digitale Werkzeuge, digitale Messwerterfassung, Experimentieren
Experimentieren mit digitalen Werkzeugen
Friedrich+ Kennzeichnung Methode & Didaktik Schuljahr 5-13

Denkt man an das Experimentieren unter Nutzung digitaler Werkzeuge, so fallen einem spontan meist Stichworte wie die sensorgestützte Erfassung von Messwerten ein. Neben diesem Feld der Datenaufnahme und der Datenaufbereitung, das insbesondere im naturwissenschaftlichen Labor und in der Forschung zum Einsatz kommt, können digitale Werkzeuge insbesondere bei der Planung, Dokumentation und Auswertung von Experimenten sinnvoll unterstützen. Diese Potenziale digitaler Werkzeuge werden im einführenden Beitrag zum Kapitel „Experimentieren“ erläutert.

© https://chemix.org
Digitale Werkzeuge, Versuchsaufbau, Experimente planen
Erstellung von Versuchsabbildungen mit Chemix.org Versuchsaufbauten visualisieren
Friedrich+ Kennzeichnung Experimente Schuljahr 5-13

Im Chemieunterricht sind Visualisierungen von Versuchsapparaturen (z. B. durch Zeichnungen) zur Planung und Dokumentation typisch. Insbesondere bei komplexen Aufbauten wie z. B. einer Destillationsapparatur ist dies zur Veranschaulichung sinnvoll und notwendig. Die vorgestellte App Chemix.org kann genutzt werden, um auf einfache Weise übersichtliche Abbildungen von Versuchsaufbauten zu erstellen. Die App bietet so die Möglichkeit, Schülerinnen und Schüler bei der Planung, Visualisierung und Dokumentation von Experimenten zu unterstützen.

© Bernhard Sieve
Zeitlupenfilme, Zeitrafferfilme, Papierchromatografie
Gummibärchenhölle und Papierchromatografie in Zeitlupe und Zeitraffer Experimente via Smartphone
Friedrich+ Kennzeichnung Experimente Schuljahr 7-10

Verbrennungsvorgänge, Explosionen, das Rosten von Eisen oder die Durchführung einer Elektrolyse: All diese Vorgänge laufen entweder zu schnell oder zu langsam für unser Auge ab, und wir können die zentralen Beobachtungen nicht erfassen. Hier bieten Zeitlupen- und Zeitrafferaufnahmen die Möglichkeit, die Phänomene zu ent- bzw. beschleunigen und sie so fassbar zu machen. In diesem Beitrag wird an zwei Beispielen aufgezeigt, wie Lernende und Lehrkräfte mit Smartphones oder Tablets Zeitlupen- und Zeitrafferaufnahmen erstellen und auswerten können.

© Claudia Bohrmann-Linde
Endotherm, exotherm, Neutralisationswärme, Temperaturänderung, Chemische Reaktionen, Wärmebildkamera
Einsatz von Wärmebildkameras bei chemischen Schulversuchen Der Wärme auf der Spur
Friedrich+ Kennzeichnung Experimente Schuljahr 7-12

Ob bei der Ermittlung der Schmelztemperatur eines Stoffes, der Betrachtung endothermer oder exothermer Lösevorgänge oder der Neutralisationswärme – Temperaturänderungen bei Stoffveränderungen und Stoffumsätzen sind charakteristisch im Chemieunterricht. Wärmebildkameras bieten hier eine gute Möglichkeit, um genauere Einblicke in ablaufenden Prozesse zu gewinnen. In diesem Artikel werden Hinweise zu schultauglichen Wärmebildkameras gegeben, eine kostenlose App vorgestellt und Tipps zum Experimentieren mit der Wärmebildkamera beschrieben.

© Ralf van Nek/Screenshot (https://www.vernier.com/)
Säure-Base-Chemie, Titration, Titrationskurven, digitale Messwertsysteme
Säure-Base-Reaktionen digital erfassen und auswerten Digitale Messwertsysteme nutzen
Friedrich+ Kennzeichnung Experimente Schuljahr 9-12

Säure-Base-Titrationen, als analytische Verfahren, sind für den Chemieunterricht in der Sekundarstufe II besonders relevant. Dabei geht es neben der Konzentrationsbestimmung vor allem auch um das Aufnehmen und Auswerten von Titrationskurven. Gerade in diesem Bereich bietet es sich an, digitale Messwertsysteme zu nutzen. In diesem Artikel werden drei Beispiele für die Nutzung eines digitalen Messwertsystems bei einer Säure-Base-Titration vorgestellt. Dabei werden Veränderungen der Spannung, der Leitfähigkeit bzw. der Neutralisationsenthalpie gemessen.

© Foto: Moritz Krause
Digitale Messwerterfassung, Kristallisation, Kristallgitter, Schmelzwärme, unterkühlte Schmelze, Phasenübergänge
Einen Vorgang mit einem digitalen Messwertsystem verfolgen Messwerte bei der Abkühlung von Wasser digital erfassen
Friedrich+ Kennzeichnung Experimente Schuljahr 7-12

Wasser gefriert unter Normaldruck bei 0°C. Aber wie sieht der Temperaturverlauf bei einem solchen Gefriervorgang genau aus? In diesem Beitrag wird beschrieben, wie man den Gefriervorgang des Wassers über eine digitale Messwerterfassung genau verfolgen und auswerten kann. Geht man entsprechend behutsam vor, kann man dabei auf das Phänomen der unterkühlten Schmelzen stoßen und ausführlich verschiedene Aspekte der Aggregatzustandswechsel diskutieren.

Fotometrische Messung mit dem Smartphone oder Tablet Die Konzentration eines Farbstoffs bestimmen
Friedrich+ Kennzeichnung Unterricht (45-90 Min) Schuljahr 10-13

Azofarbstoffe wie beispielsweise Azorubin oder Tatrazin sind in geringen Mengen für Lebensmittel zugelassen. Die Konzentrationen der Farbstoffe können fotometrisch bestimmt werden.  In diesem Artikel wird eine zweistündige Unterrichtssequenz für die gymnasiale Oberstufe vorgestellt, bei der der methodische Schwerpunkt auf der Fotometrie als Analyseverfahren liegt. Anstelle eines Fotometers werden dabei Smartphones oder Tablets mithilfe von Apps zur RGB-Wert-Bestimmung für die Ermittlung unbekannter Konzentrationen verwendet.

© Bernhard Sieve
Visualisieren, Modellieren, digitale Tools, digitales Lernen, Animationen, Simulationen, Erklärvideos
Vorstellungen visualisieren und modellieren
Friedrich+ Kennzeichnung Methode & Didaktik Schuljahr 7-13

Bildliche Darstellungen und Anschauungsmodelle ersetzen im Chemieunterricht häufig die originäre Begegnung und sind damit, genauso wie Experimente, Anlass für die Entwicklung tragfähiger Vorstellungen bei den Lernenden. Dies gilt besonders für Modellierungen auf der submikroskopischen Ebene, ihren räumlichen Strukturen und den dadurch bedingten Eigenschaften auf der stofflichen Ebene. Das Struktur-Eigenschaftsdenken stellt genauso wie das Erkennen des Prozesscharakters chemischer Vorgänge für die Lernenden eine Hürde dar. Digitale Werkzeuge können das Lernen hier wirksam unterstützen.

© Nina Ulrich
Erklärvideos, Legetechnik, digitale Medien
Erklärvideos im Unterricht zielbestimmt einsetzen Stop-Motion- versus Legetechnik
Friedrich+ Kennzeichnung Unterricht (> 90 Min) Schuljahr 7-12

Digitale Medien bieten die Möglichkeit, Erklärvideos von Schülerinnen und Schülern als Lernprodukte erstellen zu lassen. Hierfür stehen verschiedene Techniken zur Verfügung, die jeweils unterschiedliche Vor- und Nachteile bezüglich der Rahmenbedingungen und Möglichkeiten bieten. In diesem Beitrag werden zum einen die Legetechnik, zum anderen die Stop-Motion-Technik vorgestellt und miteinander verglichen. Bei beiden Techniken bereiten die Schülerinnen und Schüler einen Lerninhalt so weit auf, dass sie ihn strukturiert und sachgerecht darstellen können. 

© Michael Weigend
3D-Molekülmodelle, Modellieren, Präsentieren, Modellvorstellungen, chemische Bindungen, Partialladungen
3D-Molekülmodelle mit Avogadro gestalten Modellieren, Präsentieren und Auswerten
Friedrich+ Kennzeichnung Praxis Schuljahr 10-13

Die freie Software Avogadro erweitert für den Chemieunterricht die Möglichkeiten, Molekülmodelle in den Erkenntnisprozess einzubeziehen: Schülerinnen und Schüler können Bindungswinkel und Bindungslängen aber auch Partialladungen und intermolekulare Wechselwirkungen in selbst erstellten Modellen ermitteln. Stoffeigenschaften können dadurch strukturell erklärt werden. Der Beitrag erläutert die Funktionen und Einsatzmöglichkeiten des Programms vor dem Hintergrund der Forderung nach Vermittlung digitaler Kompetenzen im Chemieunterricht.

© Screenshot: Lisa Stinken-Rösner (https://phet.colorado.edu/de/)
Gasgesetze, Simulationen, Modellvorstellungen, zwischenmolekulare Kräfte
Einbinden von Simulationen in den Chemieunterricht Gase auf submikroskopischer Ebene untersuchen
Friedrich+ Kennzeichnung Unterricht (> 90 Min) Schuljahr 9-12

Simulationen lassen sich an vielen Stellen gewinnbringend in den Chemieunterricht einbinden, um Realexperimente zu ergänzen, zu ersetzen oder Erklärungen auf der submikroskopischen Ebene zu visualisieren. Am Beispiel einer Unterrichtseinheit zum idealen Gasgesetz wird in diesem Beitrag aufgezeigt, wie Lernende die Zusammenhänge zwischen Druck, Volumen, Teilchenzahl und Temperatur eines idealen Gases mithilfe einer Simulation selbstständig untersuchen und anschlussfähige Modellvorstellungen aufbauen können.

© Screenshot: Bernhard Sieve (http://kappenberg.com/akminilabor/apps/start.html)
Nomenklatur, Nomenklaturübungen, Chemische Formeln, Aufgaben, üben, digitale Werkzeuge, digitales Lernen
Nutzung der App Formeln und Namen Nomenklatur üben
Friedrich+ Kennzeichnung Praxis Schuljahr 7-12

Im Chemieunterricht müssen Schülerinnen und Schüler neben Fachwörtern und chemiespezifischen Wendungen auch mit vielen Namen anorganischer und organischer Verbindungen umgehen.  Auch wenn im Unterricht wesentliche Nomenklaturregeln vermittelt werden, so muss doch stetig geübt werden, bis die Namen sicher beherrscht werden. In diesem Beitrag wird am Beispiel der App „Formeln und Namen“ aus dem AK-Minilabor aufgezeigt, wie Schülerinnen und Schüler mit dieser App die Benennung von chemischen Verbindungen anwenden und festigen können.

© Screenshot: Nina Ulrich (https://www.icloud.com)
Kooperatives Lernen, kollaboratives Arbeiten, digitales Lernen
Kooperatives und kollaboratives Arbeiten
Friedrich+ Kennzeichnung Methode & Didaktik Schuljahr 5-13

Digitale Werkzeuge erweitern die Möglichkeiten der Zusammenarbeit. Sie ermöglichen eine asynchrone Zusammenarbeit, indem zeitlich versetzt an einer gemeinsamen Aufgabe gearbeitet werden kann. Sie unterstützen den Austausch von Ergebnissen und die Kommunikation, unabhängig vom Aufenthaltsort der Schülerinnen und Schüler. So wird eine Zusammenarbeit auch außerhalb der Schule möglich. Dies zeigt sich im Alltag, wenn Schülerinnen und Schüler gemeinsam außerhalb des Unterrichts ein Referat vorbereiten müssen oder an verschiedenen Orten Messergebnisse aufnehmen und dokumentieren sollen.

© Screenshot: Nina Ulrich (https://Answergarden.ch)
Kooperatives Lernen, kollaboratives Arbeiten, digitales Lernen
Kooperatives und kollaboratives Arbeiten digital unterstützen Gemeinsam arbeiten
Friedrich+ Kennzeichnung Praxis Schuljahr 5-12

Digitale Werkzeuge können in kooperativen und kollaborativen Arbeitsphasen den Austausch unterstützen und zur Sicherung von Ergebnissen genutzt werden. Die Tools eignen sich für den Einsatz in synchronen Settings, wie dem Unterricht, aber auch in asynchronen Settings, wie dem Homeschooling. Dieser Beitrag zeigt verschiedene Möglichkeiten zur Unterstützung kooperativer und kollaborativer Arbeitsphasen mit Hilfe von digitalen Werkzeugen auf. Dabei beleuchtet er die Potenziale und Risiken der verschiedenen Einsatzmöglichkeiten. 

© Screenshot: Martin Trockel (https://de.padlet.com/)
Digitale Pinnwand, digitales Lernen, digitale Werkzeuge, kollaboratives Arbeiten
Mit Padlet den Unterricht kollaborativ und kommunikativ öffnen Über eine digitale Pinnwand kommunizieren
Friedrich+ Kennzeichnung Unterricht (> 90 Min) Schuljahr 7-13

Bei Padlet handelt es sich um eine browserbasierte virtuelle Pinnwand, die durch unterschiedliche Grundeinstellungen u. a. als To-Do-Liste, als Timeline, als Sammlung von Fragen und deren Antworten oder auch als „Lernbegleiter“ mit Aufgabenstellungen, Tafelbildern oder sonstigen Audio-, Video-, Bild- oder Textdateien genutzt werden kann. Die Einsatzmöglichkeiten des Tools werden in diesem Beitrag an den Unterrichtsbeispielen „Ölpest im Paradies“ und „Reaktionsmechanismen“ aufgezeigt.

© Barnd Unger
Kooperative Unterrichtsdokumentation, digitales Portfolio, digitales Produkt, Präsentation
Ein digitales Portfolio erstellen Unterricht dokumentieren
Friedrich+ Kennzeichnung Praxis Schuljahr 8-12

Das von den Schülerinnen und Schülern selbst gestaltete E-Book bietet eine Möglichkeit, mit den im digitalisierten Fachunterricht erstellten Produkten umzugehen. Dabei liegt der Fokus einerseits auf der arbeitsteiligen Erstellung von Unterrichtsdokumentationen, andererseits aber auch auf den Möglichkeiten, die für die Nachbereitung von Unterrichtsstunden oder für die Vorbereitung auf Leistungskontrollen entstehen. Schülerinnen und Schüler können zudem selbstgesteuert digitale Kompetenzen erwerben, die im Fachunterricht häufig schwierig anzubahnen sind.

© Johann Seibert
Individualisiertes Lernen, digitale Medien, digitale Lernumgebungen, digitales Lernen
Individualisiertes Lernen
Friedrich+ Kennzeichnung Methode & Didaktik Schuljahr 5-13

Individualisiertes Lernen meint Lernen im eigenen Tempo mit niveau- und zugangsdifferenzierenden Aufgaben und einem lernförderlichen Feedback in Bezug auf das Lernergebnis und den Lernprozess. Unterrichtsorganisationsformen, die individualisiertes Lernen unterstützen, gibt es mittlerweile viele. Auch mithilfe der digitalen Technologie können den Schülerinnen und Schülern über Lernumgebungen ganze Unterrichtssequenzen mit allen Materialien und Medien bereitgestellt werden.

© Zeichnung: Wanda Sue Warning
Digitale Lernumgebung, individualisiertes Lernen, Edelgase
Lerninhalte über iTunes U bereitstellen und nutzen Unterricht digital organisieren
Friedrich+ Kennzeichnung Unterricht (45-90 Min) Schuljahr 8-9

Die App ITunes U gehört zu den Lernmanagementsystemen. Richtig eingesetzt können über iTunes U sowohl das kooperative wie auch das individualisierte Lernen gefördert werden. Dabei kann über die App auf Aufgaben, Dokumente, Links, Apps, Videos, Hörtexte u.v.a.m. zugegriffen werden Am Beispiel der Eigenschaften der Edelgase wird aufgezeigt, wie man iTunes U für einen differenzierenden Unterricht nutzen kann.

© knowlesgallery/shutterstock
Ethanol
Lernumgebungen erstellen mit PowerPoint PowerPoint - mehr als nur ein Präsentationstool
Friedrich+ Kennzeichnung Unterricht (> 90 Min) Schuljahr 10-11

Die meisten kennen PowerPoint als Präsentationsprogramm. PowerPoint kann aber noch mehr. Durch die Verlinkung verschiedener Folien und Internet-Links sowie die Einbindung von Medienelementen wie Videos oder Tondokumenten lassen sich Lernumgebungen erstellen, die ein individuelles und selbstständiges Lernen ermöglichen. Eine solche Lernumgebung wird am Beispiel der Struktur-Eigenschaftsbeziehungen von Ethanol vorgestellt.

© Lutz Stäudel (https://www.qrcode-monkey.com/de)
Aufgaben, gestufte Hilfen, digitale Medien
Erstellung von QR-Codes für Aufgaben mit gestuften Hilfen QR-Codes öffnen Lernwelten
Friedrich+ Kennzeichnung Praxis Schuljahr 7-12

Die Unterstützung anspruchsvoller Aufgaben durch gestufte Hilfen ist inzwischen ein gut eingeführtes Format im Unterricht. Bei der klassischen Variante werden Hilfen auf Papier zur Verfügung gestellt, jedoch können die Hilfen sowie die zugehörigen Lösungen auch über einen QR-Code zugänglich gemacht werden. In diesem Beitrag geht es um die Möglichkeiten, digitale Aufgaben und Hilfen für die eigenen Lerngruppen selbst zu gestalten.

© Foto: Johann Seibert
Augmented Reality, digitales Lernen, digitale Lernumgebung, Lithium-Ionen-Akkumulator, individuelles Lernen
Den Aufbau eines Lithium-Akkus mit Augmented Reality verstehen Reale und digitale Inhalte verknüpfen
Friedrich+ Kennzeichnung Schuljahr 9-12

Mithilfe von Augmented Reality können Zusammenhänge auf Teilchenebene visualisiert und so eine bewusste Trennung zur makroskopischen Ebene hergestellt werden. Hierzu dient das Tablet als Visualisierungsins-
trument, mit dem die Teilchenebene in Form einer Augmented Reality-Lernumgebung (inklusive Modellen) über dem Realobjekt eines Lithium-Ionen-Akkus beobachtet werden kann.