Einführung und Bewertung der Gruppenpuzzle-Methode im Chemieunterricht der Jahrgangsstufe 11 zur Erarbeitung des Einflusses von Konzentration, Druck und Temperatur auf chemische Gleichgewichte Inhalt 1 EINLEITUNG 1.1 DIE GRUPPENPUZZLE-METHODE 1.2 UNTERSUCHUNGEN ZUR GRUPPENPUZZLE-METHODE 1.3 ZIELSETZUNG DER ARBEIT UNTER BESONDERER BERÜCKSICHTIGUNG DER LEHRERFUNKTIONEN INNOVIEREN UND BEURTEILEN 2 PLANUNG EINER UNTERRICHTSREIHE ZUR BEEINFLUSSUNG CHEMISCHER GLEICHGEWICHTE 2.1 BEMERKUNGEN ZUR LERNSITUATION 2.2 DIDAKTISCH-METHODISCHE SCHWERPUNKTSETZUNG 2.2.1 Begründung der Gruppenpuzzle-Methode Methode 2.2.2 Einteilung der Arbeitsgruppen 2.2.3 Einteilung und Begründung der Unterrichtsabfolge 2.2.4 Begründung der einzelnen Unterrichtsinhalte 2.2.4.1 Einfluss der Konzentration auf die Gleichgewichtslage (Gruppe 1) 2.2.4.2 Einfluss des Druckes auf die Gleichgewichtslage (Gruppe 2) 2.2.4.3 Einfluss der Temperatur auf die Gleichgewichtslage (Gruppe 3) 2.3 BEWERTUNG DES LERNERFOLGES 2.3.1 Überprüfung des Zuwachses an methodischer Kompetenz 2.3.2 Konzeption der Lernerfolgskontrolle 2.4 GEPLANTER VERLAUF DER REIHE 2.4.1 Lernziele: Reihenziel/Teilziele 2.4.2 Übersicht über den Ablauf der Unterrichtsreihe 3 DURCHFÜHRUNG 3.1 ABLAUF DER REIHE 3.2 ERGEBNISSE KONTROLLE 4 EVALUATION 4.1 SELBSTEVALUATION DER SCHÜLER 4.2 BEURTEILUNG DES SCHÜLERVERHALTENS 4.3 EVALUATION DER DER SELBSTEVALUATION UNTERRICHTSREIHE UND IN DER LERNERFOLGS- BEZUG AUF DIE LEHRERFUNKTIONEN INNOVIEREN UND BEURTEILEN 5 ZUSAMMENFASSUNG UND AUSBLICK 6 LITERATUR 1 Einleitung Die Gesellschaft, in der wir leben, wird zunehmend komplexer und unüberschaubarer. Bildung kann in einer solchen Gesellschaft nicht mehr als Zustand angesehen werden, sondern ist als ein Vorgang ohne festlegbaren Abschluss zu verstehen, weil das Wissen innerhalb kürzester Zeit veraltet sein kann. Um den Anforderungen der komplexen Gesellschaft und speziell der Arbeitswelt gerecht zu werden, reicht eine reine Vermittlung von Fachwissen an weiterbildenden Schulen heute nicht mehr aus. Schülerinnen und Schüler müssen also Kompetenzen erwerben, mit Hilfe derer sie ihre komplexe Umwelt bewältigen und sich das ständig ändernde notwendige Wissen aneignen können. Dazu bietet die Anwendung der Gruppenpuzzle-Methode Gelegenheit, auf die ich bei der Vorbereitung einer Unterrichtsreihe zum chemischen Gleichgewicht im Internet [ETHW] gestoßen bin. Das Thema „Erarbeitung des Einflusses von Konzentration, Druck und Temperatur auf chemische Gleichgewichte“ ist durch die Anforderungen und Zielvorgaben der Richtlinien und Lehrpläne für den Chemieunterricht [RIC 99, S. 16 ff.] begründet. Die vorliegende Unterrichtsreihe ist dem Leitthema „Ein technischer Prozess“ untergeordnet, bei dem die zuvor erarbeiteten Kenntnisse zum chemischen Gleichgewicht (umkehrbare Reaktionen, Massenwirkungsgesetz) im Sinne von kontextbezogenem Lernen auf die Ammoniaksynthese angewendet werden sollen. Auf diesen technischen Prozess habe ich mich mit der Kollegin, die den Parallelkurs unterrichtet, geeinigt, da die Herstellung von Ammoniak einerseits eine nicht zu unterschätzende wirtschaftliche Bedeutung hat, andererseits in dem im Kurs eingeführten Buch [TAU 93] ausführlich dargestellt wird und zudem die Beeinflussung der Gleichgewichtslage durch die drei Größen Druck, Temperatur und Konzentration gut erkennen läßt. Die Behandlung dieses Verfahrens setzt allerdings voraus, dass die Schüler wissen, auf welche Weise chemische Gleichgewichte überhaupt zu beeinflussen sind. Daraus ergibt sich die Notwendigkeit, den Einfluss von Konzentrations-, Druck- und Temperaturänderung auf die Gleichgewichtslage zu erarbeiten. Neben der Vermittlung fachlicher Inhalte ist ein Effekt der Gruppenpuzzle-Methode der Erwerb von Schlüsselqualifikationen wie Teamfähigkeit, Kritikfähigkeit und V erantwortungsfähigkeit, die den Schülern im Berufsleben abverlangt werden [KLI 00, S. 109 u. S. 113]. Es ist mir wichtig, die Schüler mit Prinzipien und Formen selbständigen Ler nens vertraut zu machen, was auch gemäß der Richtlinien [RIC 99, S. 9, 12/13, 65] eine Leitlinie der Unterrichtsgestaltung sein soll. Um zu veranschaulichen, warum mir diese Methode für den Einsatz im Unterricht geeignet erscheint, möchte ich sie im folgenden kurz erläutern, da sie den methodischen Schwerpunkt der Arbeit darstellt. Die Methode ist nicht neu, sondern wurde bereits in den siebziger Jahren von Elliot Aronson entwickelt [ARO 84], wird aber erst seit kurzer Zeit umfassender in allgemein didaktischer Literatur [FRE 00, KLI 00] oder dem Internet [LEEW, STYW] beschrieben. 1.1 Die Gruppenpuzzle-Methode Die Gruppenpuzzle-Methode ist eine Lernmethode, die von den Schülern Zusammenarbeit und gegenseitiges Lehren erfordert. In Einzelarbeit setzen sich die Schüler zu nächst selbständig mit einem Lernmaterial auseinander, welches Teilinformationen eines komplexen Gesamtthemas enthält. In dieser Phase des Wissenserwerbes entwickeln sie sich zu Experten für einen bestimmten Aspekt. Alle Schüler mit dem glei chen Thema treffen sich zur Klärung noch offener Fragen in einer Expertenrunde (Abb. 1), in der dann notwendige didaktische und methodische Entscheidungen für die Vermittlung des Lernstoffes an die Mitschüler getroffen werden. In der Unterrichtsrunde (Abb. 2) werden neue Gruppen gebildet, in denen die verschiedenen Teilaspekte durch je einen Experten vertreten sind. Reihum unterrichtet jeder Experte sein vorbereitetes Thema, während die anderen Gruppenmitglieder die Lernenden sind. So findet in mehreren Gruppen parallel der gleiche Unterricht statt. Alle Teilinfor mationen werden mosaikartig zusammengetragen, so dass am Ende ein Gesamtüberblick entsteht. Abb. 1 Abb. 2 Aufgabe des Lehrers ist die Förderung und Unterstützung des Lernprozesses der Schüler. Er gliedert ein Thema in verschiedene Teilgebiete und arbeitet das Lern- material so auf, dass die Schüler nicht passiv von ihm abhängig sind, sondern aktiv am Lernprozess teilnehmen und Verantwortung dafür übernehmen, was sie lernen [ARO 84, S. 51]. 1.2 Untersuchungen zur Gruppenpuzzle-Methode Lehrer, die das Gruppenpuzzle im Unterricht einsetzen, nennen viele Vorteile dieser offenen Unterrichtsform im Vergleich zum normalen lehrerzentrierten Unterricht: An erster Stelle steht hier die Stärkung von Selbstvertrauen und Selbstwertgefühl der Schüler hervorgerufen durch Einbettung, Bestätigung und Bestärkung, die der Einzelne in einer gut funktionierenden Gruppe erlebt [LAZ 85, S. 240 ff.; LAZ 91; OKE 85; WAL 98, S. 387]. Innerhalb der Gruppen können die Schüler miteinander und voneinander lernen. Versteht man darunter den Erwerb fachlicher, methodischer sozialer und affektiver Kompetenzen, sind die Gruppenarbeitsphasen generell sehr effizient, da diese Sozialform all diese Kompetenzen fördert und fordert [KLI 00, S. 36]. Daraus resultiert auch ein höherer Lernerfolg [ARO 84, S. 54 ff.; LAZ 91; LAZ 94, S. 1120]. Ein Effekt aus dem Bereich Sozialkompetenz wird von Frey-Eiling und Frey [FRE 00, S. 52] beschrieben: eine höhere Wertschätzung der Schüler untereinander und erkennbar weniger Aggressionsbereitschaft in der Klasse. Die neue Unterrichtssituation und die hoher Schüleraktivität äußern sich auch in gesteigerter Motivation und Aufmerksamkeit der Schüler [KLI 00, S. 38]. Neben den aufgeführten Vorteilen sind jedoch auch Nachteile der Methode zu überdenken. Der Klage, die Methode sei zu zeitaufwendig, begegnen die Befürworter mit dem Argument, dass die Schüler für die Beherrschung des Stoffes wirklich mehr Zeit benötigen als die Lehrperson meint [FRE 00, S. 53]. Außerdem nimmt der zu Beginn der Einführung der Methode vergleichsweise hohe Zeitaufwand mit der Zeit ab, wenn die Schüler etwas Routine gewonnen haben [ARO 84, S. 51]. Es ist aber auch denkbar, dass leistungsschwächere Schüler, gerade wenn ihnen die Methode noch nicht so vertraut ist, mit der Eigenverantwortung für ihren Lernprozess und durch die komplexe Unterrichtssituation überfordert sind. Ebenso kann es vorkommen, dass schwierige Lernabschnitte von den Schülern nicht als solche erkannt und daraus folgende Konsequenzen für den Unterricht nicht gezogen werden. Mangelnde Vorbereitung einzelner kann dazu führen, dass Fehler entstehen, die vom Lehrer zunächst nicht bemerkt werden, da die einzelnen Schülergruppen parallel arbeiten und somit nich t alle gleichzeitig zu beobachten sind. 1.3 Zielsetzung der Arbeit unter besonderer Berücksichtigung der Lehrerfunktionen Innovieren und Beurteilen Die Lehrerfunktion Unterrichten setzt die Planung, Durchführung und Evaluation einer Unterrichtsreihe voraus, sie steht damit die ganze Zeit im Raum und soll durch die Betrachtung innovierender und beurteilender Aspekte vertieft werden. Die Gruppenpuzzle-Methode ist den Schülern noch nicht geläufig, deshalb hat die Einführung der Methode, über die eine große Bandbreite an Arbeitsmethoden vermittelt werden kann, innovierenden Charakter. Darunter fällt auch die Bereitstellung des Konzeptes und der Arbeitsmaterialien, die meinen Kollegen für den weiteren Einsatz im Chemieunterricht der Jahrgangsstufe 11 zur Verfügung stehen. Die nächste anzusprechende Lehrerfunktion ist die Bewertung: Zum einen scheint mir eine Methode, bei der die Schüler eigenständig arbeiten, gut geeignet, um dem Lehrer Möglichkeiten der Bewertung von Schülerleistungen einzuräumen. Der Lernzuwachs fachlicher Inhalte kann durch einen Test überprüft werden. Zum anderen umfaßt diese Lehrerfunktion auch die Evaluation: Es soll geprüft und bewertet werden, ob sich die Methode für den Einsatz in dem vorliegenden Grundkurs bewährt. Da die Aussagen auf einer einmaligen Durchführung der Unterrichtsreihe in nur einer Lerngruppe basieren, liegt es auf der Hand, dass sie aufgrund der geringen Datenzahl keine wissenschaftlichen, statistisch abgesicherten Schlüsse zulassen. 2 Planung einer Unterrichtsreihe zur Beeinflussung chemischer Gleichgewichte 2.1 Bemerkungen zur Lernsituation Die Unterrichtsreihe zur Gruppenpuzzle-Methode wird in der Jahrgangsstufe 11 durchgeführt und umfasst 6 Unterrichtsstunden. Der Unterricht wird mit drei Stunden pro Woche als bedarfsdeckender Unterricht erteilt. In dem Kurs mit 15 Schülern (8 Mädchen/ 7 Jungen) haben 11 Schüler das Fach schriftlich gewählt. Der Kurs ist recht heterogen in Bezug auf Leistungsmotivation und -fähigkeit. Während vier Schüler durch die Qualität der geleisteten Beiträge häufig positiv auffallen, hat sich ein Schüler dazu entschlossen, sich der Teilnahme am Unterrichtsgespräch völlig zu entziehen, da er das Fach Chemie im nächsten Schuljahr abwählen wird. Ferner gibt es zwei Schülerinnen und zwei Schüler, einer davon ein Austauschschüler aus Schweden, die nicht nur sehr zurückhaltend sind, sondern auch nach Auffor derung nur schwache Leistungen bringen. Die übrigen Kursteilnehmer beteiligen sich aktiv am Unterrichtsgeschehen und sind im mittleren Leistungsbereich einzustufen. Erfahrungen mit Arbeitsformen, die zum selbständigen Arbeiten anleiten, liegen vor. Die Durchführung von Lernen an Stationen, Erstellung von Mindmaps, die Vorbe reitung eines Referates, Anfertigung von Stundenverlaufs- und Versuchsprotokollen war bislang für alle Kursteilnehmer verbindlich. Durch Anwendung der Gruppenpuzzle-Methode im Unterricht erhoffe ich mir eine zunehmende Schüleraktivität und die Übernahme von Verantwortung für den eigenen Lernprozess, insbesondere eine Einbindung der normalerweise eher schüchternen Schüler, die sich vielleicht in einer kleinen Gruppe während der Experten- und Unterrichtsrunde stärker einbringen können, um Hemmungen abzubauen, vor den Mitschülern zu reden. 2.2 Didaktisch-methodische Schwerpunktsetzung 2.2.1 Begründung der Gruppenpuzzle-Methode Methode Der Erziehungs- und Bildungsauftrag der gymnasialen Oberstufe besteht darin, die Schüler „zu einer wissenschaftspropädeutischen Ausbildung [zu] führen“ und „Hilfen [zu] geben zur persönlichen Entfaltung in sozialer Verantwortlichkeit“ [RIC 99, S. XI]. Die Gruppenpuzzle-Methode scheint mir in besonderem Maße geeignet, diesen Auftrag im Chemieunterricht zu erfüllen. Chemische Sachverhalte wie die hier zu erarbeitende Beeinflussung von Gleichgewichten sind häufig sehr komplex. Je nach Reaktion kann ein chemisches Gleichgewicht wie die Ammoniaksynthese von verschiedenen Faktoren beeinflusst werden, die jedoch nicht isoliert voneinander auf die Gleichgewichtslage wirken, sondern die sich in ihrer Wirkung gegenseitig beeinflussen. Das zu durchschauen stellt hohe Anforderungen an den Schüler. Hier bietet sich der Einsatz der Gruppenpuzzle-Methode bereits an, denn sie sieht vor, ein komplexes Thema zunächst in kleinere, überschaubare Teilgebiete zu gliedern, die von den Schülern zu bearbeiten sind. Die Organisation und Strukturierung des Informationsmaterials ist Aufgabe des Lehrers. Er gibt hier die erforderlichen Hilfen zur persönlichen Entfaltung seiner Schüler. Im Sinne von wissenschaftspropä- deutischem Arbeiten obliegt es nun den Schülern, ihren Lernprozess zu strukturieren, wenn sie mit Hilfe des vorgegebenen Materials eine Unterrichtseinheit für die Mitschüler vorbereiten. Sie lernen mehr als im normalen lehrerzentrierten Unterricht, weil sie sich sehr intensiv und vielseitig mit dem Unterrichtsgegenstand auseinandersetzen müssen [BEN 01, S. 197]. In der Phase des Wissenserwerbes spielen sinnerfassendes Lesen und die Durchführung eines Experimentes eine wichtige Rolle. Das Experiment dient dazu, chemische Abläufe genau zu beobachten und so den Weg der naturwissenschaftlichen Erkenntnisgewinnung nachzuvollziehen [RIC 99, S. 7]. Bei der Durchführung von Schülerversuchen lernen Schüler außerdem grundlegende chemische Arbeitsweisen, Verfahren und Experimentiertechniken kennen und anwenden. Im Umgang mit Gefahrstoffen erwerben sie Kenntnisse und Fähigkeiten zur Einschätzung der Gesundheits- und Umweltrisiken gefährlicher Stoffe. Durch die Durchführung der Unterrichtsreihe wird also auch ein Beitrag zur Sicherheits- und Umwelterziehung geleistet [RIC 99, S. 61]. Zum Aufbau fachlichen Grundlagenwissens wird nicht nur die selbständige Erarbeitung gefördert und gefordert. Auch wenn es in der Expertenrunde darum geht, Inhalte in eine für die Mitschüler verständliche Form zu bringen, garantiert die Arbeit in Gruppen Lernerfolg, wie Klafki betont. Er bezieht sich dabei vor allem auf die Dimension des Übens, Sicherns, Anwendens von Erkenntnissen und Kenntnissen, Fähigkeiten und Fertigkeiten [KLA 92, S. 9]. Bei der Unterrichtsplanung müssen die Schüler aber nicht nur inhaltliche, sondern auch zeitökonomische Gesichtspunkte beachten, denn nach drei Unterrichtsstunden muss der Unterricht für die Mitschüler abgehalten werden und es muss auch klar sein, welche Methoden zur Vermittlung eingesetzt werden. Während der Experten- und Unterrichtsrunde üben die Schüler rhetorische und kommunikative Fähigkeiten ein, die als wichtiges Lernziel in den Richtlinien aufgeführt sind [RIC 99, S. 7]. Sie erwerben Selbstbewußtsein, indem sie sich und ihre Arbeit vor den Mitschülern präsentieren. Aber auch und gerade zur Entfaltung der Persönlichkeit und sozialen Verantwortlichkeit leitet die Gruppenpuzzle-Methode an. In der Expertenrunde wird in Gruppen gearbeitet. Hier kann Sozialverhalten trainiert und weiterentwickelt werden, denn eine erfolgreiche Zusammenarbeit setzt voraus, dass die Schüler sich gegen seitig ernst nehmen, freundlich und fair miteinander umgehen, sich zuhören und andere ausreden lassen. Gleichzeitig wird Diskutier- und Kritikfähigkeit geschult, denn die Schüler müssen lernen, eigene Ideen vorzustellen und überzeugend zu argumentieren, um ihre Vorschläge durchzusetzen. Wenn ihnen dies gelingt, werden sie sicher auch ein Lob ihrer Mitschüler erhalten. Durch die Rollenveränderung im Unterricht erhalten die Schüler so die Möglichkeit, die für ihre berufliche Zukunft notwendigen Kompetenzen zu erwerben und außerdem Vertrauen in die eigene Persönlichkeit zu fassen [LAZ 85, S.240 ff.; FRE 00, S. 52]. Bei der Durchführung der Unterrichtsrunde steht neben der Anwendung verschiedener Unterrichtsmethoden und dem Einsatz von Medien, zu denen auch die Vorführung des Experimentes gehören kann, im Vordergrund, dass sich die Schüler klar, präzise und fachgerecht ausdrücken, schließlich tragen die Unterrichtenden Verantwortung für den Lernprozess der Mitschüler. 2.2.2 Einteilung der Arbeitsgruppen Gruppenbildung kann prinzipiell auf dreierlei Weise geschehen: Der Lehrer teilt die Gruppen ein (1), die Schüler finden sich zu Gruppen zusammen (2) oder es erfolgt eine Verteilung nach dem Zufallsprinzip (3). Da ich den Kurs mittlerweile ganz gut kenne, habe ich mich, auch wenn bei Schülern häufig der Eindruck entsteht, die Gruppen manipulieren zu wollen, für Variante 1 entschieden. So habe ich Einfluss darauf, dass zum einen alle Gruppen gleich groß sind und sich nicht alle Schüler mit dem Temperatur- und Konzentrationseinfluss beschäftigen, zum anderen kann ich die Expertengruppen gezielt so zusammenstellen, dass die Gruppen leistungs- und verhaltensmäßig heterogen strukturiert sind. Dieses ist auch ein wichtiger Aspekt für die Einteilung der später stattfindenden Unterrichtsrunden. Ich möchte vermeiden, dass in einer Unterrichtsrunde nur leistungsstarke Schüler und in einer anderen Gruppe nur die schwächeren Schüler zusammenkommen, denn eine solche Aufteilung kann sich unmöglich positiv auf den Lernerfolg aller Beteiligten auswirken. „Homogene Leis tungsgruppen“ haben den Nachteil, dass sie nicht nur das Leistungsgefälle im Kurs weiter vergrößern [KLI 00, S. 50], sondern auch den schwächeren Schülern, die bei dieser Methode auf sich allein gestellt sind, einen höheren Leistungsdruck auferlegen. Die Aufteilung der Themen auf die Schüler und damit die Einteilung der Experten gruppen habe ich entsprechend der Sitzordnung vorgenommen. Diese Einteilung wirkt wahrscheinlich nicht so aufgezwungen, weil die Schüler ohnehin zu fünft an drei Grup pentischen sitzen. Zudem sind diese Gruppen auch heterogen zusammengesetzt, und zwar in Bezug auf Leistungsfähigkeit, Sozialverhalten und Geschlecht. Diese Zusammensetzung der Gruppen soll auch in der Unterrichtsrunde gewährleistet sein. Die Arbeitsmappen, die an die Schüler ausgeteilt werden, enthalten des halb unterschiedlich gefärbte Deckblätter, die die neue Aufteilung für die Unterrichtsrunden vorgeben. Wenn sich also Schüler mit Mappen gleichfarbiger Deckblätter zusammen finden, ist die Gruppe von der Fachkompetenz und dem Sozialverhalten her unter schiedlich disponiert und qualifiziert. 2.2.3 Einteilung und Begründung der Unterrichtsabfolge Die im folgenden dargestellte Unterrichtsreihe gliedert sich in 6 Abschnitte: Einfüh rungsphase (1), Phase des Wissenserwerbes (2), Expertenrunde (3), Unterrichtsrunde (4), Rückmeldungsphase (5) und Evaluationsphase (6). Die Gruppenpuzzle-Methode stellt hohe Anforderungen an die Schüler, die bislang noch keine Erfahrung mit dieser Form der Unterrichtsgestaltung haben. Es ist deshalb erforderlich, die Schüler in einer Einführungsphase auf den Unterricht einzustimmen und ihnen in Form eines informierenden Einstieges klar zu machen, was im Verlauf der nächsten Stunden von ihnen erwartet wird. Zunächst sollen sie jedoch mit dem thematischen Aspekt, der Beeinflussung chemischer Gleichgewichte, konfrontiert werden. In Anlehnung an einen vor geraumer Zeit durchgeführten Schülerversuch werde ich den Schülern zwei Erlenmeyerkolben zeigen, in denen sich jeweils ein Gemisch aus Essigsäure, Ethanol und Essigsäureethylester befinden. Ein Kolben trägt die Aufschrift: „Veresterung“, der andere „Esterspaltung“. Als Impuls dient der Hinweis darauf, dass bei der Titration in beiden Ansätzen Säure gefunden wurde. Aus diesem Impuls sollen die Schüler ableiten, dass Gleichgewichtsreaktionen nur unvollständig ablaufen, was bei Synthesen, in denen man möglichst hohe Ausbeuten erzielen möchte, eher hinderlich ist. Damit erfolgt eine Hinführung zur Problematik der Reihe, ob eine Beeinflussung chemischer Gleichgewichte möglich ist und wie diese umzusetzen ist. Mit diesem problemorientierten Einstieg kann an bereits vorhandenes Wissen der Schüler angeknüpft und so die nun folgenden Inhalte in ein Gesamtbild integriert werden. Nun folgt die Vorstellung der methodischen Komponente der Unterrichtsreihe, zu der ich einen Kurzvortrag vorbereitet habe, in dem ich den Ablauf und den zeitlichen Rahmen festlegen werde. Zur Veranschaulichung habe ich eine Folie mit den wich tigsten Phasen der Gruppenpuzzle-Methode zusammengestellt (s. Anhang). Die Angaben müssen von den Schülern nicht mitgeschrieben werden, da sie noch einmal in den Schülermaterialien abgedruckt sind. Diese stehen den Schülern aber während des Vortrages nicht zur Verfügung, damit sie nicht abgelenkt sind. Sollten zum Ablauf des Unterrichtes Fragen bestehen, können diese im Anschluss geklärt werden, bevor die Schüler sich näher mit einem der drei möglichen Themen, Beeinflussung des Gleichgewichtes durch Konzentration, Druck oder Temperatur, beschäftigen. Diese thematischen Aspekte sind in den späteren Expertengruppen zu besprechen, deshalb muss an dieser Stelle eine Gruppeneinteilung erfolgen, die durch den Erhalt einer Arbeitsmappe festgelegt wird. Anhand der Arbeitsmaterialien sollen sich die Schüler für den Reste der Stunde in Einzelarbeit mit der Theorie zu ihrem Thema vertraut ma chen, hier beginnt die Phase des Wissenserwerbes mit der Entwicklung zu Experten. Diese Phase wird in der nächsten Unterrichtsstunde mit der Durchführung von Schülerversuchen fortgesetzt. Es wird ein deduktiver Einsatz der Experimente angestrebt, da sich die Schüler bereits in der letzten Stunde mit dem Lehrinhalt, nämlich dem Einfluss von Druck, Temperatur oder Konzentration auf die Lage eines chemischen Gleichgewichtes, auseinandergesetzt haben. Der jeweilige theoretisch erarbeitete Sachverhalt ist nun praktisch zu bestätigen und nachzuvollziehen [BEC 80, S. 271 U.273]. Dazu können sich die Schüler nun in 2er- oder 3er-Gruppen zusammentun und das Experiment bzw. die Experimente durchführen. Wenngleich in den Unterlagen abhängig vom zu bearbeiteten Thema schon einzelne Beobachtungen oder Deutungsansätze aufgeführt sind, ist das Anfertigen eines Versuchsprotokolls für alle Schüler verpflichtend. Natürlich soll das Verfassen von Protokollen auch in der Oberstufe trainiert werden, darüber wird das Protokoll aber für die eigenen Unterlagen benötigt, denn die Mappen sind nach der Unterrichtsreihe wieder abzugeben. Im An schluss an des Experiment führen die Schüler in Einzelarbeit eine Selbstevaluation durch. Zur Wiederholung und Vertiefung des Gelernten sollen sie den Informationstext und das von ihnen angefertigte Protokoll erneut lesen, bevor sie einzelne Aufgaben zu ihrem Themengebiet lösen. Diese Phase ist wichtig für die Vertiefung des erworbenen Fachwissens, lässt die Schüler aber auch erkennen, wo sie möglicherweise unsicher sind und Schwächen aufzuarbeiten haben. Ich kann nun bewerten, ob diese Phase von allen Schülern ernst genommen und auch durchgeführt wird. Die Aufzeichnungen selbst werde ich aber nicht bewerten, damit die Schüler nicht unter zusätzlichem Leistungsdruck stehen. Aus diesem Grund ist in den Schülerunterlagen auch extra vermerkt, dass an dieser Stelle keine Noten gegeben werden, sondern die Lernkontrolle lediglich als Hilfestellung dient, um für sich selbst zu überprüfen, ob de r Stoff beherrscht wird. Probleme, die hier erkannt werden, können dann in der Expertenrunde besprochen werden. In einer funktionierenden Gruppe ist das gut möglich, da sich die Schüler „in einem relativ geschützten Raum befinden und sich von daher ohne Ängste und Skrupel wechselseitig fragen, besprechen, inspirieren und sukzessive vergewissern können – eine Situation, die im lehrerzentrierten Unterricht völlig fehlt. Durch dieses aktive Lernen und Kommunizieren in Gruppen wird das Begreifen und Behalten des Lernstoffes ebenso gefördert wie die fachliche Klärung und Kompetenzentwicklung [KLI 00, S. 36]“. Wenn alle Probleme gelöst und Fehler korrigiert worden sind, beginnt die Planung einer 15-20 minütigen Unterrichtseinheit für die Mitschüler. Bezogen auf die Inhalte können sich die Schüler hier an den in ihren Materialien vorgegebenen Lernzielen orientieren, die methodische Umsetzung bleibt jedoch ihnen überlassen. Im bisherigen Unterricht erfolgte die Wissensvermittlung an die Mitschüler immer in Form eines Vortrages, der in diesem Fall aber durch das Vorführen eines Experimentes oder das Erstellen eines Arbeitsblattes ergänzt werden sollte. Deshalb ist das Kapitel „Mini didaktik“ in den Arbeitsmappen abgedruckt, das den Schülern bei der Vorbereitung des Unterrichtes als Hilfestellung dienen kann. Wenn sie für ihren Unterricht Lückentexte, Arbeitsblätter oder andere Informationsmaterialien für die Mitschüler zusammenstellen, können diese zum Ende der Stunde bei mir abgegeben werden, damit ich sie in entsprechender Stückzahl für den Kurs vervielfältigen kann. Aufgrund von mündlichen Abiturprüfungen entfällt die Einzelstunde am 14.05.2001, so dass die nächste Unterrichtseinheit eine Doppelstunde ist, von der den Schülern 45 Minuten, gegebenenfalls etwas länger, zur Durchführung der Unterrichtsrunde zur Verfügung stehen. Für diese Stunde stelle ich alle bislang eingesetzten Geräte, Che mikalien und evtl. vorbereitete Kopien auf einem Wagen zusammen, so dass sich die Schüler die für ihren Unterricht benötigten Arbeitsmaterialien nach Bedarf selbst organisieren können. Nachdem alle Schüler ihren Unterricht beendet haben, findet im zweiten Teil der Doppelstunde eine Rückmeldungsphase statt. Diese Phase wird möglicherweise die Lernerfolgskontrolle beeinflussen, die zur Bewertung der Methode bezüglich der Eignung im Unterricht gedacht ist. Ich erachte es aber durchaus für sinnvoll, den Lernprozess durch eine zusammenfassende Wiederholung zu unterstützen, da die Gruppenpuzzle-Methode hier zur Ersterarbeitung wichtiger Inhalte genutzt wird, die Gegenstand eines Tests, aber auch der nächsten Klausur sein werden. Die Unterrichtsrunde stützt sich damit nicht ausschließlich auf das Vermittlungstalent ein zelner. Dieses wird den Schülern bei der Vorstellung des Ablaufes der Reihe verschwiegen (vgl. Übersicht auf S. 33, Stunde ist nicht aufgelistet), damit sich alle während des Unterrichtes engagieren und einbringen. Die Stunde läuft so ab, dass die Einstiegsfrage zur Unterrichtsreihe wieder aufgegriffen wird. Mit Hilfe eines Lückentextes (s. Anhang S. 35) werden alle Faktoren, die die Gleichgewichtslage beeinflussen, wiederholt und in Form eines Mindmaps von den Schülern auf ein neues G leichgewicht, die Ammoniaksynthese, angewendet und übersichtlich zusammengestellt. Die Sicherung der Ergebnisse erfolgt auf dem Arbeitsblatt. Die Evaluationsphase dient letztlich nicht nur der Bewertung der Methode, sondern fördert auch eine kritische Auseinandersetzung der Schüler mit ihrem eigenen Lernverhalten. Es sollen deshalb nicht nur Fakten auf der inhaltlichen Ebene abgefragt werden, sondern ich möchte den Schülern wirklich die Zeit geben, auch einmal ihr Lernverhalten zu reflektieren. Diese Form der Selbstevaluation wird im normalen Unterricht häufig übergangen, was nicht sinnvoll ist, denn den Schülern kann so gezeigt werden, das es letztendlich sie selber sind, die die Verantwortung gegenüber dem eigenen Lernprozess tragen. 2.2.4 Begründung der einzelnen Unterrichtsinhalte Bei der Auswahl der fachlichen Inhalte habe ich mich an den Vorgaben der ETH Zürich [STYW] orientiert. Die fertig ausgearbeitete Unterrichtsreihe (Datei „puzzle.pdf“, wird im folgenden als „Skript“ bezeichnet) ist im Internet unter der Adresse http://www.educeth.ethz.ch/chemie/puzzles/gleichgew zu finden. Um ein Lernen im Kontext weitestgehend zu ermöglichen und zu erreichen, dass die Schüler nicht zu sehr voneinander abweichende Materialien erhalten, habe ich die Vorlage für meinen Unterricht gekürzt und verändert. Diese Änderungen sollen hier kurz begründet werden. Zunächst einmal habe ich auf die Behandlung des Haber-Bosch-Verfahrens (Gruppe 4) verzichtet, da dieses bereits eine Anwendung der zu erarbeitenden Faktoren darstellt, die von den Schülern ohne die nötigen Grundkenntnisse nicht nachvollziehbar ist. Die Beeinflussung chemischer Gleichgewichte durch Konzentration, Druck oder Temperatur wird zunächst an einer Beispielreaktion theoretisch erklärt, die dann im Experiment aufgegriffen wird. Nur für Gruppe 1 wird in der Theorie eine andere Reak tion als in der experimentellen Umsetzung beschrieben. Zu jedem Thema habe ich für jeden Schüler eine Arbeitsmappe zusammengestellt, in der sich die Titelseite, die Arbeitsanleitung mit Lernzielen und dem Kapitel Minididaktik, Informationstexte, die Versuchsanleitung und einen Lernkontrolle inklusive Lösungen befindet. Weitere Änderungen genüber dem Skript werde ich im folgenden getrennt nach den einzelnen Themen ansprechen. 2.2.4.1 Einfluss der Konzentration auf die Gleichgewichtslage (Gruppe 1) Das Skript habe ich bis auf die Reaktionsgleichungen zu Experiment 1 und 2 über nommen. Zwar hätte ich lieber ein Experiment mit Bezug zur Lebenswelt der Schüler eingesetzt, da aber das Eisen-/Thiocyanat-Gleichgewicht auch im Schulbuch [TAU 93] des Kurses als Beispiel für die Beeinflussung chemischer Gleichgewichte durch Kon zentrationsänderung beschrieben wird, habe ich den Versuch übernommen, um den Schülern die Vorbereitung auf die Klausur zu erleichtern. Allerdings tauchen auch in keinem Schulbuch [TAU 93, AMA 95, S. 40; FLÖ 00 S. 75] positiv geladene Eisenthiocyanat-Komplexe auf, sondern nur der ungeladene Aquo-Komplex, so dass ich es sinnvoller fand, die genannten Reaktionsgleichungen zu ändern. 2.2.4.2 Einfluss des Druckes auf die Gleichgewichtslage (Gruppe 2) Im Theorieteil wird zunächst der Einfluss des Druckes auf die Gleichgewichtslage im NO2/N2O4-Gleichgewicht beschrieben. Um das Prinzip zu veranschaulichen, habe ich eine Abbildung aus dem Schulbuch [TAU 93] ergänzt. Im experimentellen Teil soll auf ein heterogenes Gleichgewicht, die Bildung von Kohlensäure beim Lösen von Kohlen stoffdioxid in Wasser, simuliert werden. Zwar ist Kohlensäure unbeständig und zerfällt sofort wieder in CO 2 und Wasser oder es entstehen Hydrogencarbonationen und Oxoniumionen. Dieser Sachverhalt würde aber an dieser Stelle von der eigentlichen Problematik, dem Druckeinfluss, ablenken und wird deshalb vernachlässigt (didaktische Reduktion). Leider hat der im Skript beschriebene Versuch nicht funktioniert. Ich habe deshalb die Versuchsdurchführung dahingehend geändert, dass ich, statt Einwegspritzen und eine CO 2-Flasche einzusetzen, einen mit Mineralwasser (Verdeut- lichung des Alltagsbezuges) gefüllten Erlenmeyerkolben und einen Kolbenprober miteinander verbunden habe. Durch Zug am Stempel wird der Druck im Erlenmeyerkolben erniedrigt, was an vermehrt aufsteigenden Gasblasen erkennbar ist. Drückt man dagegen das Gas im Kolbenprober zusammen, ist ein deutlicher Widerstand zu bemerken. Das CO 2-Gas löst sich beim Komprimieren, also einer Druckerhöhung, im Wasser. 2.2.4.3 Einfluss der Temperatur auf die Gleichgewichtslage (Gruppe 3) Für die Gruppe 3 habe ich einen anderen als den im Skript aufgeführten Versuch beschrieben. Einerseits ist davon auszugehen, dass Komplexgleichgewichte für die Schüler, die noch nicht mit Ligandenaustausch konfrontiert wurden, eher nicht nachvollziehbar sind. Dieses Thema wird gemäß den Richtlinien [RIC 99] frühestens in der Jahrgangsstufe 13 behandelt werden, falls es überhaupt gewählt wird, deshalb lenkt eine Erklärung derartiger Phänomene hier zu sehr vom eigentlichen Thema ab. Andererseits ist der Versuch auch deshalb völlig ungeeignet, weil Kobaltsalze in der Gefahrstoffverordnung als gesundheitsschädlich eingestuft sind und im Schülerversuch nicht eingesetzt werden dürfen [LSW 99]. Da jedoch im Theorieteil der Gruppe 3 die Bildung von Kesselstein erwähnt wird, habe ich das „gekoppelte Carbonatgleichgewichtssystem (vgl. Experiment zum Thema 3) im experimentellen Teil eingesetzt. Der Versuch, CO2 durch Erhitzen aus Mineralwasser zu entfernen, ist sicherlich nicht neu. In den Schulbüchern ist der Versuch aber nicht in der hier beschriebenen Form zu finden, bei der gezeigt werden kann, dass das Gleichgewicht 2 HCO3- (aq) 2- CO3 (aq) + H2O + CO2 (aq) bei Temperaturerhöhung auf der Seite von CO 2 liegt und durch Temperaturerniedrigung in Richtung der Hydrogencarbonationen verschoben wird. Verschließt man das Reaktionsgefäß nämlich mit einem Luftballon, kann das freigesetzte CO 2 nicht entweichen, das System ist in Bezug auf den Stoffaustausch mit der Umgebung geschlos sen. Beim Abkühlen kann sich das Gas wieder lösen und einen Farbumschlag des Indikators bewirken, da Hydrogencarbonat- und Oxoniumionen entstehen. 2.3 Bewertung des Lernerfolges 2.3.1 Überprüfung des Zuwachses an methodischer Kompetenz Im Chemieunterricht sollen allgemein-methodische Kompetenzen erworben werden, die die Schüler zur Strukturierung und selbständiger Lösung komplexer Aufgabenstellungen befähigen [RIC 99, S. 65]. Nach der Durchführung der Unterrichtsreihe sollte deshalb bei den Schülern ein Zuwachs an methodischer Kompetenz erkennbar sein. Die Frage ist nun, welche Lernziele im Rahmen der kurzen Unterrichtsreihe, während derer die Schüler parallel einzeln oder in Gruppen zusammenarbeiten, wie überprüft werden können. Es wird für die Lehrperson unmöglich sein, alle theoretisch denkbaren Formen der Leistungsmessung anzuwenden. Ich habe deshalb einige methodische Aspekte ausgewählt, die bei Durchführung der Reihe Anwendung finden. Diese sind in der folgenden Tabelle (Tab. 1) zusammengestellt, die Form der Bewertung habe ich kommentiert. Tab. 1: Beurteilung methodische Aspekte durch den Lehrer Unterrichtsabschnitt Aspekt Wissenserwerb Selbstevaluation der Schüler Wissenserwerb oder Unterrichtsrunde Experimentieren Expertenrunde Gruppenarbeit Experten-/Unterrichtsrunde Umgang mit chemischer Fachsprache Präsentationsformen Evaluation Selbstevaluation und Fremdevaluation: Beurteilung der eigenen Leistungen aber auch der der Mitschüler Kommentar Bei der Lösung der Aufgaben zur Selbstkontrolle kann geprüft werden, ob die Schüler sich ernsthaft mit der Selbstevaluation auseinandersetzen. Für die Schüler dient diese zum Üben, Wiederholen und Vertiefen der fachlichen Inhalte und zum Aufdecken etwaiger Mängel. Hier kann sachgerechten Benutzung von Geräten und Chemikalien unter Berücksichtigung der Sicherheitsaspekte abgeschätzt und eine korrekte Versuchsdurchführung überprüft werden. Festzustellen ist hier die Einbringung der Gruppenmitglieder ins Team und das Arbeitstempo der Gruppe. Vom Lehrer kann ermittelt werden, ob und wie Fachbegriffe bei der Wissensvermittlung eingesetzt werden. Bei der Gestaltung der Unterrichtsreihe bzw. während des Unterrichtens kann geprüft werden, ob die Schüler Methodenvielfalt bezüglich Medieneinsatz und der Vortragsweise nutzen, werden z.B. Experiment, Arbeitsblatt, etc. zur Wissensvermittlung eingesetzt? Mit Hilfe des Fragebogens am Ende der Reihe und durch eine Diskussion über die Methode können positive und negative Aspekte aufgedeckt werden, z.B. Arbeitsmotivation aller Beteiligten. Mir ist klar, dass ich nicht alle Schüler gleichzeitig im Auge haben kann, dennoch sollen Zielsetzungen wie Freude an Leistung, Kreativität, Eigenverantwortung, Kommunikations- und Teamfähigkeit gefördert, und, wenn möglich, bewertet werden. Eine Fremdevaluation durch den Lehrer muss deshalb durch verschiedene Formen der Selbstevaluation von seiten der Schüler ergänzt werden [GRA 00, S. 9]. Neben der Selbstkontrolle, die die Schüler im Anschluss an die Phase des Wissenserwerbes durchführen und die sich mehr auf die fachlichen Inhalte bezieht, halte es bei der Beurteilung des Lernzuwachses für nötig, die Schüler eine zusätzliche Selbstevalu ation mit Hilfe eines Fragebogens durchführen zu lassen, die sich auf die affektiven Lernziele in Zusammenhang mit der angewandten Methodik bezieht. Auf diese Weise ist es möglich, ein umfassendes Bild von einzelnen Schülern zu erhalten, das nicht nur auf die schriftliche Leistungsfeststellung ausgerichtet ist. Dieses Bild kann durch zusätzliche Notizen, die ich mir anhand der Vorgaben in Tab. 1 auf einem Beobachtungsbogen machen werde, vervollständigt werden. In dieser Arbeit dienen die Angaben dazu, die Eignung der Gruppenpuzzle-Methode für den Einsatz in diesem Kurs zu prüfen, sie können aber später auch in die Bewertung der sonstigen Mitarbeit der Schüler in diesem Quartal einfließen. 2.3.2 Konzeption der Lernerfolgskontrolle Der Zuwachs des fachlich-inhaltlichen Wissens der Schüler wird als Fremdevaluation durch den Lehrer in Form eines Tests überprüft, der aber auch zur Bewertung der Gruppenpuzzle-Methode herangezogen werden soll. Bei der Zusammenstellung des Tests habe ich mich weitgehend an der Vorlage „Test/Lehrer-Lernkontrolle“ (Datei „puzzle.pdf“, S. 50 – 55) orientiert, in der allerdings verschiedene Testfragen für zwei Gruppen angegeben werden. Im Sinne der Gleichbehandlung aller Schüler habe ich einen Test erstellt, in dem es zu jedem Teilgebiet, nämlich dem Einfluss von Druck, Temperatur und Konzentration auf die Gleichgewichtslage, jeweils 2 Fragen gibt. Zusätzlich habe ich als Einstiegsfrage das Prinzip vom kleinsten Zwang abgefragt, das eine Kernaussage dieser Unterrichtsreihe darstellt und in allen Schülermaterialien angegeben ist. Unabhängig vom bearbeiteten Thema sollte diese Antwort von allen Schülern problemlos zu geben sein. Die Prüfungsbögen werden für 2 Gruppen A und B ausgegeben, diese enthalten die gleichen Aufgaben, nur in einer anderen Reihenfolge, um Täuschungsversuche nach Möglichkeit auszuschließen. Interesse für die Arbeit der Mitschüler nimmt gewöhnlich auch etwas Zeit in Anspruch, deshalb stehen für die Bearbeitung der Aufgaben 25 Minuten zur Verfügung, damit die Schülern gerade genügend Zeit haben, die Lösungen aufzuschreiben. Die Antworten zu den 7 Aufgaben sollen direkt notiert und kurz begründet werden. Insgesamt sind 18 Punkte zu erreichen, die sich bei der Leistungsbewertung wie folgt verteilen (Tab. 2): Tab. 2: Punkteverteilung bei der Lernerfolgskontrolle: Punkte 18 17 16 15 14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3-0 Zensur 1+ 1 1- 2+ 2 2- 3+ 3 3- 4+ 4 4- 5+ 5 5- 6 2.4 Geplanter Verlauf der Reihe 2.4.1 Lernziele: Reihenziel/Teilziele Bei der durchzuführenden Unterrichtsreihe sind einzelne Unterrichtsabschnitte nicht immer mit dem Ablauf einer Unterrichtsstunde beendet, deshalb werden nur ein übergeordnetes Ziel für die Unterrichtsreihe und Teilziele formuliert, die Angabe ein zelner Stundenziele entfällt. Reihenziel Die Schüler sollen die Beeinflussung chemischer Gleichgewichte durch die Faktoren Konzentration, Druck und Temperatur in einem selbstgesteuerten Lernprozess nach der Gruppenpuzzle-Methode erarbeiten und die erworbenen Kenntnisse auf die Gleichgewichtsreaktion zur Bildung von Ammoniak anwenden können. Stundenziele Die Schüler sollen in der Einführungsphase - erkennen, dass bei chemischen Reaktionen im allgemeinen, speziell bei der Veresterung, kein vollständiger Stoffumsatz erfolgt (TZ 1). - den Ablauf der Gruppenpuzzle-Methode mündlich wiedergeben können (TZ 2). in der Phase des Wissenserwerbes - den Informationstext „Die Konzentration beeinflusst das chemische Gleichgewicht“ (Gruppe 1) oder „Die Temperatur beeinflusst das chemische Gleichgewicht“ und „Kesselstein“ (Gruppe 2) oder „Unter Druck bewegt sich einiges“ (Gruppe 3) durchlesen (TZ 3). - einen Schülerversuch gemäß der Vorgaben im Studienmaterial durchführen (TZ 4). - ein Versuchsprotokoll anfertigen (TZ 5). - erkennen, dass die Lage eines chemischen Gleichgewichtes durch die Änderung der Konzentration der Reaktionspartner (Gruppe 1), durch Druckänderung (Gruppe 2) oder durch Änderung der Temperatur (Gruppe 3) gestört werden kann und begründen können, in welche Richtung sich ein gegebenes Gleichgewicht verschiebt (TZ 6). in der Expertenrunde - inhaltliche Probleme in der Expertengruppe diskutieren, Probleme besprechen und lösen (TZ 7). - eine Unterrichtseinheit für die Mitschüler planen und dabei gegebenenfalls ein Arbeitsblatt zusammenstellen (TZ 8). in der Unterrichtsrunde - ihren Mitschülern im Schülervortrag vermitteln, wie sich das Gleichgewicht bei Änderung der Konzentration der Reaktionspartner (Gruppe 1) oder bei Veränderung des Drucks (Gruppe 2) oder durch Änderung der Temperatur (Gruppe 3) verschiebt (TZ 9). in der Rückmeldungsphase - die Faktoren benennen, die die Gleichgewichtslage beeinflussen können (TZ 10). - voraussagen in welche Richtung sich das Ammoniakgleichgewicht durch Änderung von Druck, Temperatur und Konzentration verschiebt (TZ 11). - die Beeinflussung des Ammoniakgleichgewichtes durch die Faktoren Konzentration, Druck und Temperatur in Form eines Mindmaps übersichtlich zusammenstellen (TZ 12). - anhand ihres Mindmaps einen Vortrag zur Beeinflussung der Gleichgewichtslage bei der Synthese von Ammoniak halten können (TZ 13). in der Evaluationsphase - durch Beantwortung der Testfragen fachliche Inhalte der Reihe wiedergeben können (TZ 14). - ihren eigenen Lernprozess beim Ausfüllen eines Fragebogens kritisch überdenken (TZ 15). - die Gruppenpuzzle-Methode bezüglich der Eignung im Unterricht diskutieren (TZ 16). 2.4.2 Übersicht über den Ablauf der Unterrichtsreihe Eine Übersicht mit den einzelnen Unterrichtsabschnitten der Gruppenpuzzle-Methode ist dem Kapitel 2.2 zu entnehmen. Diese Abschnitte decken sich nicht zwangsläufig mit dem durch den Stundenplan vorgegebenen 45- bzw. 90 Minuten Raster, deshalb werden hier kommentierte Verlaufspläne für die einzelnen Stunden abgebildet, aus denen die Unterrichtsfolge erkennbar wird. Um das individuelle Lerntempo der Schüler berücksichtigen zu können, habe ich auf die Angabe detaillierter Zeitvorgaben verzichtet. Einzelstunde Phase Unterrichtsschritte Einstieg Impuls: Demonstration von zwei Unterrichtsform/Medien Impuls, Didaktisch-methodischer Kommentar LSG Bereits bei der Besprechung der Erlenmeyerkolben mit dem Hinweis: in beiden Ansätzen befindet sich noch Essigsäure... TZ 1 Erlenmeyerkolben mit Gemisch aus Ethansäure, Die Schüler sollen erkennen, das Ethanol; bei diesen Reaktionen keine vollständige Umsetzung der Stoffe Essigsäureethylester erfolgt, die man sich bei technischen Synthesen aber wünscht. Problemfrage: Wie können Tafel chemische Gleichgewichte beeinflusst werden? Besprechung und Organisatorisches zum Ablauf der Reihe Vorstellung der Gruppenpuzzle- LV, Folie Methode, Schüler werden informiert über das Verfahren und den Ablauf des Unterrichtes in den nächsten Stunden. die Erwartungen, die an sie gestellt werden: eigenverantwortliche Planung und Durchführung einer Unterrichtseinheit die Beurteilung ihrer Leistungen durch einen Test und die sonstige Mitarbeit. eine im Anschluss an die Reihe stattfindende Evaluation TZ 2 Erarbeitungsphase Klärung von S-Fragen zum Ablauf, LSG, Zusammenfassung der Arbeitswichtigsten Schritte von einem mappen Schüler, Austeilung der Arbeitsmappen. Da die Schüler das Unterrichtsverfahren noch nicht kennen, müssen sie erst einmal mit dem Ablauf der Reihe und den an sie gestellten Erwartungen vertraut gemacht werden. Um die Schritte des Verfahrens zu veranschaulichen, und einen zeitlichen Rahmen abzustecken, wird ihnen eine Folie präsentiert. Außerdem werden ihnen die Beurteilungskriterien für die Mitarbeit in den einzelnen Arbeitsphasen genannt, um die Bewertung für die Schüler transparent zu machen. Anhand der mündlichen Zusammenfassung der wichtigSV, sten Unterrichtsschritte des Verfahrens durch einen Schüler kann ich feststellen, ob der Ablauf klar geworden ist. Schüler lesen die zu den einzel- Arbeitsnen Themen gehörigen Informa- mappen, EA tionstexte durch. TZ 3 Phase Wissens- Veresterung fragte ein Schüler, ob Gleichgewichtsreaktionen dahingehend zu beeinflussen sind, dass man eine optimale Ausbeute erzielen kann. Es soll also eine der Reihe übergerodnete Problemfrage von den Schülern formuliert und im Rahmen der vorliegenden Unterrichtsreihe geklärt werden. Mit dem Austeilen der Mappen wird die Einteilung der Expertengruppen festgelegt. Die Schüler können sich den Ablauf der Reihe mit Hilfe der Unterlagen vergegenwärtigen (Methodik) und sich dann dem Wissenserwerb widmen (Inhalt). Doppelstunde Unterrichtsschritte Unterrichtsform/Medien Die Schüler führen die zu ihrem SV, GA Thema gehörigen Experimente Geräte, Didaktisch-methodischer Kommentar Das Experiment kann in 2er-, maximal 3er-Gruppen ausgeführt erwerb Anschliessend sollen sie den Text Arbeitsmit den theoretischen mappen, EA Hintergründen in ihren Unterlagen erneut durchlesen und dann Aufgaben zur Selbstkontrolle lösen. werden. Es dient als Bestätigungsexperiment und soll den in der letzten Stunde erarbeiteten Sachverhaltes zum Einfluss des Faktors Druck, Temperatur oder Konzentration verifizieren. Die Durchführung der Selbstkontrolle ist für das Erkennen von Verständnisschwierigkeiten unumgänglich. Im zweiten Teil der Doppelstunde ArbeitsExpertenrunde klären die Schüler untereinander mappen, GA bisher aufgetretene Probleme. Sie TZ 7, 8 erabeiten dann eine Unterrichtseinheit für die Mitschüler. Die Schüler müssen sich überlegen, was sie vermitteln wollen und wie sie ihre Ziele in der Unterrichtseinheit erreichen können. Als Hilfestellung dient dabei die „Minididaktik“. TZ 4, 5 TZ 6 durch und fertigen Versuchsprotokoll an. ein Chemikalien Doppelstunde Phase Unterrichtsschritte Unterrichtsform/Medien Didaktisch-methodischer Kommentar Einstieg Die Stunde beginnt mit der Formierung der einzelnen Lerngruppen, innerhalb derer die Unterrichtsrunde stattfinden soll. Die Schüler setzen sich an Gruppentischen zusammen. Die für den eigenen Unterricht benötigten Materialien sind selbständig zu organisieren. Unterrichtsrunde Reihum unterrichtet nun jeder GA, ArbeitsExperte seine Mitschüler anhand materialien der Vorbereitung aus der Expertenrunde. Dabei erfahren alle Schüler, dass die Lage eines chemischen Gleichgewichtes durch die Änderung der Konzentration der Reaktionspartner, durch Druckänderung und durch Änderung der Temperatur gestört werden und wie sich das Gleichgewicht verschiebt. Während des Vortrages können Präsentationsformen trainiert und rhetorische Kompetenzen geschult werden. TZ 9 Phase Rückmeldungsphase: Wieder- Unterrichtsschritte Bearbeitung eines Lückentextes Unterrichtsform/Medien Arbeitsblatt, Einzelarbeit Didaktisch-methodischer Kommentar Diese Phase gehört nicht zur klassischen Gruppenpuzzle-Methode, das erarbeitete Wissen soll aber bei allen Schülern gefestigt holung Sicherung I werden. Ausserdem kann nun die Einstiegsfrage zur Reihe aufgegriffen werden Besprechung des Arbeitsblattes LSG TZ 10 Transfer TZ 11, 12 Die Kenntnisse zur Beeinflussung AB, EA chemischer Gleichgewichte werden auf eine neue Reaktionsgleichung, die Bildung von Ammoniak aus den Elementen, übertragen Die Schüler sollen dazu ein Mindmap erstellen. Die Schüler vergleichen ihre Lösungen mit denen der Mitschüler und haben so die Gelegenheit, Fehler zu korrigieren. Das Mindmap bietet der individuellen Kreativität der Schüler größeren Raum als es die Behandlung im LSG tun würde. So können in einem Schaubild alle Faktoren zur Gleichgewichtsbeeinflussung einander gegenübergestellt werden. Ebenso wird angekündigt, dass mindestens 2 Arbeiten vorgestellt werden. Die betreffenden Schüler werden ausgelost, so dass jeder aufgefordert ist, sich mit der Thematik auseinanderzusetzen. Die fertigen Produkte können im Verlauf der Stunde auf Folie kopiert werden. Sicherung II Vorstellung ausgewählter Arbeiten LSG TZ 13 Anhand der Schülerarbeiten soll die Richtung der Gleichgewichtsverschiebung durch Druck-, Temperatur- und Konzentrationseinfluss herausgestellt werden. Durch die Vorstellung kann nicht nur fachliche Richtigkeit überprüft, sondern auch die Präsentation eigener Arbeiten eingeübt werden. Einzelstunde Phase Erarbeitung (Test) TZ 14 Unterrichtsschritte Unterrichtsform/Medien Schüler erhalten zum Beginn der EA, Stunde die Aufgaben und füllen Aufgabendas Aufgabenblatt aus blatt, Taschenrechner Didaktisch-methodischer Kommentar Die Fragen sind so zusammengestellt, dass ein bis zwei Sätze zur Beantwortung der Frage ausreichen. Die Zeitvorgabe ist eng. Antworten müssen also direkt angegeben werden, während für Täuschungsversuche keine Zeit zur Verfügung steht. Schüler füllen einen Fragebogen zur Reihe aus und diskutieren anschließend über ihre ErfahrunTZ 15, 16 gen mit dieser Unterrichtsform. Evaluation Fragebogen, EA, UG Mit Hilfe des Fragebogens soll die Gruppenpuzzle-Methode bewertet werden. Aspekte, die dort nicht berücksichtigt werden, können im sich anschließenden Unterrichtsgespräch angesprochen werden. 3 Durchführung 3.1 Ablauf der Reihe Die Einführungsphase verlief wie geplant. Da die Schüler bereits verschiedene Gleichgewichtsreaktionen kennengelernt hatten, fiel ihnen sofort auf, dass eine Veresterung nur unvollständig abläuft, es aber doch möglich sein sollte, diese Reaktion zu beeinflussen. Somit stand bereits nach wenigen Minuten die Problemfrage im Raum: Wie können chemische Gleichgewichte beeinflusst werden? Meinem Vortrag zum Ablauf der Reihe hörten die Schüler interessiert zu, weil die Gruppenpuzzle-Methode für sie neu war und auch in anderen Fächern noch nicht eingesetzt wurde. Im Anschluss an den Vortrag wurden keine Fragen gestellt, dafür äußerte jemand: „Ist ja nett, hört sich aber nach viel Arbeit an!“ Daraufhin teilte ich die Arbeitsmappen aus. Die Schüler waren zunächst neugierig, wer denn wen unterrichten müsste. Nachdem sie aber unter einander geklärt hatten, wie die Gruppenverteilung in der Unterrichtsrunde aussehen würde, was erwartungsgemäß nicht allen gefiel, konnten die Schüler dann in die Phase des Wissenserwerbes eintreten. Für den Rest der Stunde vertieften sie sich in ihre Unterlagen. Bei der Durchführung der Versuche in der nächsten Unterrichtsstunde waren eigentlich alle Schüler, auch diejenigen, die sich sonst ein wenig zurückhalten, sehr motiviert. Die Arbeit in den einzelnen Gruppen wird für diesen Unterrichtsabschnitt und die Durchführung der Expertenrunde getrennt beschrieben. Einfluss der Konzentration auf die Gleichgewichtslage (Gruppe 1) Die Schüler der Gruppe 1 arbeiteten sehr gewissenhaft. Der Versuch wurde zügig, aber dennoch unter Beachtung der Sicherheitsmaßnahmen durchgeführt und die Beobachtungen von allen Gruppenmitgliedern sorgfältig dokumentiert. Eine Schülerin stellte neben der erforderlichen Bearbeitung der Aufgaben zur Selbstkontrolle die ihr wichtig erscheinenden Aspekte zur Beeinflussung des Gleichgewichtes schriftlich zusammen. In der Expertenrunde wurde in dieser Gruppe zunächst intensiv über inhaltliche Aspekte diskutiert, Verständnisschwierigkeiten hatten. mit Es deren war Bearbeitung erfreulich, wie drei Schülerinnen bereitwillig und aufgeschlossen sich die beiden leistungsfähigeren Schüler um die Mitschülerinnen bemüht haben, bevor dann gemeinsam die Unterrichtsphase geplant wurde. Bei dieser Gruppe habe ich den Medieneinsatz im Gegensatz zu den anderen mit „ausgeprägt vorhanden“ bewertet, weil die Schüler zur Wissensvermittlung die Vorführung ihres Experimentes eingeplant haben und zusätzlich ein „Handout“ erstellten. Einfluss des Druckes auf die Gleichgewichtslage (Gruppe 2) Auch die Schüler der Gruppe 2 arbeiteten zügig und selbsttätig. Mir wurden keine Fragen gestellt, sondern die Schüler legten Wert darauf, während ihrer Erarbeitung wirklich in Ruhe agieren zu können. Bei drei Schülern fielen mir trotz des einfachen Versuches Unsicherheiten bei der Durchführung auf, die möglicherweise darauf zurückzuführen waren, dass sie sich die Anleitung nicht durchgelesen hatten, sondern sich auf die Tipps der Mitschüler verließen. Dennoch wurde von allen Schülern das Versuchsergebnis notiert, ein Protokoll mit Deutungsansätzen wurde jedoch von niemandem erstellt. Die Bearbeitung der Aufgaben zur Selbstkontrolle wurde hier nicht wirklich ernst genommen. Entgegen der Vorgaben wurden die Aufgaben nicht schriftlich von den einzelnen Gruppenmitgliedern gelöst, sondern nur innerhalb der Gruppe diskutiert, wodurch einzelnen mögliche Unsicherheiten nicht auffallen konnten. Bei der Planung der Unterrichtsrunde war diese Gruppe aber wieder engagierter. Die Schüler nahmen sich vor, die Materialien, die ihnen zur Vorbereitung gedient hatten, zu referieren und den Versuch zu beschreiben. Die Kernaussagen zum Druckeinfluss auf chemische Gleichgewichte wurden auf einem Thesenpapier zusammengestellt. Einfluss der Temperatur auf die Gleichgewichtslage (Gruppe 3) Schwieriger wurde es in dieser Gruppe, wenn man nicht nur den Arbeitseifer, sondern auch das Vorgehen beim Experimentieren betrachtete. Sicherheitsaspekte (Tragen einer Schutzbrille) wurden nicht von allen Schülern konsequent eingehalten, und ein Schüler hielt den Einsatz von Siedesteinen beim Erhitzen des Wassers zunächst für unnötig. Erst nachdem ich die Durchführung des Versuches ohne Siedesteine untersagt habe, wurden diese doch zugesetzt. Gruppe 3 arbeitete ins gesamt weniger sorgfältig, wenn es um die Dokumentation der Ergebnisse ging, nur zwei Schüler notierten sich die Beobachtungen zum Versuch. Diese Gruppe setzte sich aus einem guten Schüler, zwei schwächeren, einem „3er-Kandidaten“ sowie dem zukünftigen „Abwähler“ zusammen. Bis auf den letztgenannten Schüler setzten sich alle Gruppenmitglieder mit den Aufgaben zur Selbstkontrolle auseinander. Die Vorbereitung des Vortrages in der Expertenrunde beschränkte sich hier auf eine mündliche Zusammenfassung des Skriptes, den Mitschülern sollte der Versuch beschrieben und die Abbildung zum Versuchsaufbau aus dem Arbeitsmaterial gezeigt werden. Zwar haben die Schüler argumentiert, dass sie kein Arbeitsblatt zusammenstellen, damit die Mitschüler in der Unterrichtsrunde aufgefordert sind, sich Notizen zu machen, aber meiner Meinung nach hatten sie, von einer Ausnahme abgesehen, kein wirkliches Interesse an einer schriftlichen Zusammenfassung der Kernaussagen ihres Themas. In der nächsten Stunde fanden sich jeweils drei Schüler zu 5 parallel ablaufenden Unterrichtsrunden zusammen, für die insgesamt 50 Minuten benötigt wurden. Die Schüler haben sich also, soweit ich das beurteilen konnte, gut an die Zeitvorgabe gehalten. Die Gruppe 1, die den Mitschülern ihr Experiment vorgeführt hat, profitierte allerdings davon, dass Gruppen 2 und 3 nur einen Vortrag gehalten haben und somit etwas schneller fertig waren. Die Rückmeldungsphase im zweiten Teil der Doppelstunde wurde von allen Schülern dankbar angenommen, denn ich wurde nach der Unterrichtsrunde von zwei Schülern angesprochen, die mich um eine Vertiefung der Inhalte durch den Lehrer baten. Sie hatten zwar keinerlei inhaltliche Fragen, fühlten sich aber offensichtlich nicht wohl mit der Situation, dass ihnen kein Lehrer etwas zu ihrer Arbeit gesagt hatte. Es war also richtig, die Rückmeldungsphase einzuplanen, in der auch ein deutlicher Schwerpunkt auf der Schüleraktivität lag, aber den Schülern zusätzlich ein positives Feedback vom Lehrer gegeben werden konnte. Die Bearbeitung des Lückentextes zur Zusammenfassung der Faktoren, die die Gleichgewichtslage beeinflussen können, bereitete den Schülern keine Probleme, sondern wurde eher als zu einfach eingestuft. Interessanter war es, die Schüler bei der Erstellung ihrer Mindmaps zu beobachten, bei der es nun um die Anwendung der theoretischen Erkenntnisse auf die Bildung von Ammoniak aus den Elementen Stickstoff und Wasserstoff in einer Gleich- gewichtsreaktion ging. In den Tischgruppen wurden intensive Diskussionen geführt, die sich allerdings eher mit der Problematik einer übersichtlichen Darstellungs weise beschäftigten. Die Ergebnissicherung zum Stundenende erfolgte durch die Vorstellung von Schülerarbeiten. Die Vorträge zu den Mindmaps zeigten, dass die Vortragenden die Problematik verstanden hatten. Beide Schüler konnten ihre Lösungen begründet vortragen. Auf die Problematik, dass für die Synthese hohe Temperaturen benötigt werden, da Stickstoff aufgrund der Dreifachbindung zwischen den Atomen sehr reaktionsträge ist, soll erst in den nächsten Stunden eingegangen werden. In der Evaluationsphase wurde zunächst der Test geschrieben. Hier beklagten sich die Schüler darüber, dass sie in Aufgabe 3 (Gruppe A) bzw. Aufgabe 7 (Gruppe B) die Gleichgewichtskonstante berechnen sollten, obwohl das im Rahmen der Reihe nicht geübt worden sei. Da jedoch im Theorieteil oder bei den Übungsaufgaben für alle Gruppen die Änderung der Massenwirkungskonstante behandelt wurde, und die Berechnungen auch vorher schon Unterrichtsgegenstand waren, hielt ich diese Einwände nicht für angemessen. Zwar hatten wirklich viele Schüler Probleme mit der Berechnung, die zur Verfügung stehende Zeit zur Bearbeitung der Aufgaben reichte jedoch aus. Für die Diskussion blieben nur noch 5 Minuten Zeit, die Schüler waren jedoch sehr in das Gespräch vertieft, so dass sie ihre Diskussion bis in die Pause hinein führten. 3.2 Ergebnisse der Selbstevaluation und der Lernerfolgskontrolle Nach Auswertung der Fragebögen und der Diskussion über die Anwendung der Gruppenpuzzle-Methode im Unterricht ergab sich folgende Einschätzung: Die Einführung des Verfahrens stellte einen gelungenen Wechsel der Unterrichtsmethode dar, der von den Schülern recht positiv aufgenommen wurde. Hervorgehoben wurde hier besonders die Arbeit in kleinen Gruppen und die Möglichkeit, sich unter Hilfestellung der Mitschüler intensiv mit einem Lerninhalt auseinanderzusetzen. Dies gelang, weil in allen Gruppen eine freundliche Atmosphäre herrschte und alle Gruppenmitglieder in der Gruppe integriert waren. Von den Schülern wurde die Methode damit als „geeignet für den Einsatz in unserem Kurs“ (Zitat eines Schülerbeitrags in der Diskussion am 17.05.01) eingestuft. Natürlich äußerten sich auch zwei Schüler sehr ablehnend, mit der Begründung, dass sie sich ja alles selbst beibringen müssten, und deshalb hätte ihnen auch überhaupt nichts gefallen, aber gerade die Eigenverantwortung für den Lernprozess zu fördern ist ja Ziel der Methode. Die Überprüfung des Lernerfolges bezogen auf den Zuwachs des fachlich-inhaltlichen Wissens der Schüler dient nicht nur der Bewertung der Schülerleistungen. Auch die Wirksamkeit der Gruppenpuzzle-Methode soll beurteilt werden, deshalb habe ich, einem Vorschlag von Professor Dr. Schmidkunz [SCH 00, S. 41] folgend, die Leistungsverteilung in einer Grafik (Abb. 3) zusammengestellt. r% - Häufigkeit der Lernerfolgskontrollen innerhalb eines Punktintervalls in [%] 50 45 40 35 30 25 20 15 10 5 0 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 Punktzahl Abb. 3: Leistungsverteilung in der Lernerfolgskontrolle. Dargestellt ist die relative Häufigkeit der von den Schülern erzielten Ergebnisse in [%] bezogen auf die Punktintervalle Von 18 möglichen Punkten wurden vom Kurs durchschnittlich nur 5,8 3,4 Punkte (Mittelwert Standardabweichung) erreicht. Bewertet man diese Leistung, entspricht das nur der Zensur „ausreichend minus“. Betrachtet man die Grafik (Abb. 3), ist sogar festzustellen, dass 60 % der Schüler eine nicht mehr ausreichende Leistung erzielt haben. 4 Evaluation 4.1 Selbstevaluation der Schüler Die Diskussion und die Fragebögen, die zum Unterricht nach der Puzzle-Methode ausgefüllt wurden, zeigen, dass die Schüler der Methode positiv gegenüberstehen. Als Ergebnis der Diskussion kann festgehalten werden, dass die Schüler nicht das Gefühl haben, überfordert zu werden, deshalb können sie sich weiteren Unterricht nach diesem Verfahren aus verschiedenen Gründen, die vorwiegend dem sozial-affektiven Bereich zuzuordnen sind, vorstellen. An erster Stelle steht die Arbeit in kleinen, übersichtlichen Gruppen (Expertenrunden), die gerade den zurückhaltenden Schülerinnen ein Gefühl von Sicherheit vermitteln. Die Gruppen ermöglichen gegen seitige Hilfe unter den Mitschülern, denen man alle Fragen stellen kann. Die Hemmschwelle, sich vor den Mitschülern zu äußern, wird herabgesetzt. Dazu tragen auch die Unterrichtsrunden bei: „Vor der ganzen Klasse traue ich mich nicht, etwas zu sagen, aber in der Unterrichtsrunde sind nur wenige Schüler und ich weiss, dass ich auf mein Thema besser vorbereitet bin als die anderen, und dann ist es nicht so schlimm, wenn ich etwas sagen soll (mündlicher Beitrag einer Schülerin am 21.05.01).“ Diese Schülerin wird sicherlich mit gestärktem Selbstwertgefühl aus dem Unterricht herausgehen. Das selbständige Unterrichten wird zwar von wenigen Schülern als positiver Aspekt der Methode benannt, die Mehrheit des Kurses steht der Verpflichtung, in die Lehrerrolle zu schlüpfen, eher negativ gegenüber. Die Befragung hat aber gezeigt, dass den Schülern aufgefallen ist, dass sie sich durch Anwendung der Gruppenpuzzle-Methode sehr viel intensiver mit dem Unterrichtsgegenstand auseinandersetzen. Ausserdem stellen die Schüler für sich selber fest, auf welche Weise sie Lernerfolg erzielen, nämlich durch Diskussion über die fachlichen Inhalte mit den Mitschülern und das Durchführen von Experimenten. Deshalb haben sie nach eigenen Aussagen auch versucht, diese Aspekte bei der Planung des Unterrichtes für die Mitschüler individuell umzusetzen. Besonders gefallen hat den Schülern hier, dass die Gruppenpuzzle-Methode Freiräume dazu bietet, die im normalen Unterricht nicht gegeben sind. Es soll an dieser Stelle jedoch keineswegs verschwiegen werden, dass den Schülern auch negative Aspekte aufgefallen sind. Neben dem Schreiben eines Testes, der ja nicht im eigentlichen Sinne zu der Methode gehört, sondern als Lernerfolgskontrolle für Schüler und Lehrer gedacht ist, wird die Befürchtung geäußert, dass einzelne Gruppen den Stoff nicht vermitteln können und dass man sich auf die Mitschüler verlassen muss. Diese Befürchtung bestätigt sich in den meisten Fällen in diesem Kurs nicht, dennoch bleibt das Gefühl der Hilflosigkeit, anderen ausgeliefert zu sein. Der einmalige Einsatz der Gruppenpuzzle-Methode führt also bei den Schülern zu dem Konflikt, einerseits eigenverantwortlich lernen zu wollen, um unabhängig von dem Einsatz anderer zu sein, andererseits aber nicht auf die als Hilfestellung wahrge nommenen fachlichen Diskussionen und Erklärungen der Mitschüler verzichten zu wollen. 4.2 Beurteilung des Schülerverhaltens Die Durchführung der Unterrichtsreihe zur Beeinflussung chemischer Gleichgewichte hat mir bezüglich der Arbeitshaltung der Schüler gut gefallen. Die Motivation zur Auseinandersetzung mit fachlichen und methodischen Inhalten erfolgte auch aus meiner Sicht nicht nur, weil ein Test angekündigt war. Die Lernerfolgskontrolle zur Überprüfung der fachlichen Kompetenz hätte in dem Fall sicherlich ein anderes Ergebnis als das vorliegende gehabt: Aus der graphischen Darstellung in Abb. 3 kann man die Leistungsverteilung bei der Lernerfolgskontrolle erkennen. Die maximal erreichten Punkten häufen sich sehr stark im unteren Leistungsdrittel. Demnach konnten die Lernziele, die sich auf den Erwerb fachlicher Inhalte beziehen, von 2/3 der Schüler des Kurses nicht oder nur in mäßiger Ausprägung erreicht werden. Die Methode scheint sich also, entgegen den zahlreichen Literaturangaben [ARO 84, S. 54 ff.; LAZ 91; LAZ 94, S. 1120], nicht sehr positiv auf den Lernerfolg auszuwirken. Der schlechte Ausfall des Tests deckt sich aber nicht mit den Aussagen der Schüler bei der Selbstevaluation und ist auch nicht mit dem Verhalten der Schüler während der „Rückmeldungsphase“ in Einklang zu bringen. In der dem Test vorausgehenden Stunde waren viele Schüler in der Lage, die Gleichgewichtsverschiebung im Fall der Bildung von Ammoniak richtig vorauszusagen und zu begründen. Ich vermute deshalb, dass die Bearbeitung der Aufgaben bei vielen Schülern zu oberflächlich erfolgte, abgesehen von dem Schüler, der Chemie ohnehin abwählen wird und ein leeres Blatt abgegeben hat. Denn viele Schüler, die „Experten“ für die Beeinflussung der Gleichgewichtslage durch Druck oder Temperatur waren, haben gerade die Aufgaben ihres „Spezialgebietes“ falsch gelöst. Während sich die Aufgaben im Selbststudienmaterial auf die Verschiebung des Gleichgewichtes bei Druckerhöhung bzw. endothermer Reaktion bezog, wurde im Test nach der Veränderung der Gleichgewichtslage bei Druckerniedrigung bzw. exothermer Reaktion gefragt, so dass ich davon ausgehe, dass die Aufgabenstellung nicht beachtet wurde, sondern die Antwort auf irgendein Stichwort hin notiert wurde. Der Erwerb anderer Schlüsselqualifikationen konnte aber zumindest in Ansätzen erreicht werden. Durch die Vermittlung des erarbeiteten Fachwissens in der Unterrichtsrunde wurden rhetorische und kommunikative Fähigkeiten trainiert. Die Vorführung eines Experimentes und Vorbereitung eines selbst erarbeiteten „Handouts“ förderte darüber hinaus die Schulung der Methodenkompetenz bei den Schülern, wenngleich zu bemerken ist, dass dieser Bereich noch ausbaufähig ist. Mir fiel auf, das die Schüler für die Unter richtsphase innerhalb ihrer Expertengruppen gut strukturierte Vorträge vorbereitet haben. In allen Gruppen fehlte, von den „Handouts“ abgesehen, die Planung einer Sicherungsphase für die Mitschüler, denen es zur Festigung des in der Unter richtsrunde Gelernten nicht reicht, nur eine Zusammenfassung von den Experten in den Unterlagen abzuheften. Zur Sicherung für die Schüler, aber auch unter dem Gesichtspunkt, eine Übersicht über die vermittelten Inhalte zu bekommen, würde ich bei einer erneuten Durchführung dieser Reihe darauf bestehen, dass die Schüler ein Kurzproto koll über die Unterrichtsrunde anfertigen, welches nach der Stunde abzugeben ist. Dafür sollte die Gruppe das Gelernte aus den Expertenausssagen in wenigen Kern aussagen zusammenfassen und diese gemeinsam festhalten [LEEW]. Dieses Kurzprotokoll kann auch für jede Dreiergruppe bewertet werden. So kann man als Lehrer für alle parallel arbeitenden Gruppen einen Überblick bekommen, was geleistet wurde und wo vielleicht doch noch eine weitere Vertiefung der Inhalte erfolgen muss. Bezüglich der sozial-affektiven Lernziele können nur spekulative Aussagen gemacht werden, denn hier handelt es sich um angestrebte Bewusstseinsänderungen, die durch Beobachten und Erfragen kaum zu erfassen sind [KRO 97, S. 52]. Trotzdem vermisse ich den Zuwachs und die Stärkung des Selbstvertrauens, obwohl dieser Aspekt mehrfach als großer Vorteil der Gruppenpuzzle-Methode hervorgehoben wird [LAZ 85, S. 240 ff.; LAZ 91; OKE 85; WAL 98, S. 387]. Zwar überwinden sich einzelne Schülerinnen und halten in der Unterrichtsrunde ihren Vortrag, was ihnen das Gefühl gibt, durchaus mitreden zu können, weil sie die Experten für ihren thematischen Aspekt sind, andererseits haben einzelne Schüler nach der Unterrichtsrunde darum gebeten, Lerninhalte mit dem Lehrer zu vertiefen. Auf mangelndes Vertrauen in die Lerngruppe lassen auch die Äußerungen, dass die Schüler es als negativ empfunden haben, sich auf die Mitschüler verlassen zu müssen, schließen. Diese Kommentare deuten also eher auf eine zunehmende Verunsicherung hin. Die Team- und Kooperationsbereitschaft wird dafür durch die intensive Auseinandersetzung mit den fachlichen Inhalten sowie den zur Vermittlung notwendigen Methoden in den Gruppen bei der Mehrheit der Kursteilnehmer gefördert, was sich in Äußerungen wie „Besonders gut an der Puzzle Methode hat mir gefallen... - das Arbeiten in kleinen Gruppen“ oder „dass mir meine Mitschüler den Stoff besser erklären konnten als ein Lehrer und auch, dass ich ihnen alle Fragen stellen konnte“ manifestiert. Leider gilt das nicht gleichermaßen für alle Schüler, denn wenn sich jemand gar nicht auf ein Thema vorbereitet, ist das Verhalten gegenüber der Gruppe unsozial. Die alleinige Bewertung der Teamfähigkeit mit Hilfe eines Beobachtungsboges hat sich in der geplanten Form als hilfreich, aber doch sehr oberflächlich herausgestellt. Es war an dieser Stelle sinn voll, die Bewertung durch die Selbstevaluation der Schüler zu ergänzen. Perfektioniert werden könnte eine Beurteilung in diesem Lernbereich durch ein Bewertungsraster von Klippert, das mir aber erst nach Durchführung der Unterrichtsreihe in die Hände gefallen ist. Hier erhalten die Schüler den Auftrag, eine Selbst- und Fremdevaluation des Verhaltens in der Gruppe durchzuführen, was ich sinnvoll finde, denn für eine einzelne Person ist eine derartige Bewertung zu unübersichtlich. Häufig beurteilen Schüler ihr eigenes Bewertungskriterien des Verhalten Lehrers recht objektiv, dargelegt werden so dass können ihnen einerseits (Transparenz der Notengebung), andererseits Verantwortung für die Beurteilung der eigenen Leistung und der der Mitschüler übertragen werden kann. Der Chemieunterricht in den nächsten Monate wird zeigen, ob die aufgeführten Lernziele langfristig realisiert werden konnten. 4.3 Evaluation der Unterrichtsreihe in Bezug auf die Lehrerfunktionen Innovieren und Beurteilen Durch Planung, Durchführung und Evaluation einer Unterrichtsreihe sind alle Bereiche, die das Unterrichten einschließt, abgedeckt. Es ist deshalb nicht notwendig, diese Lehrerfunktion weiter auszuführen, da sich ohnehin die ganze Arbeit damit beschäftigt. Es bleibt also zu prüfen, wie es sich mit den Lehrerfunktionen Innovieren und Beurteilen verhält, auf die ich hier noch einmal näher eingehen möchte. Da in diesem Fall beide Lehrerfunktionen miteinander vernetzt sind, kann ich diese nicht getrennt voneinander behandeln, denn was nutzt die Einführung einer neuen Methode, wenn ihr Praxiswert nicht beurteilt wird? Ziel der Arbeit war, eine neue Unterrichtsmethode im Chemieunterricht einzuführen und auf die Eignung für den Einsatz im vorliegenden Grundkurs hin zu überprüfen. Der innovierende Charakter besteht also nicht nur darin, den Schülern die Methode vorzustellen, sondern auch ein Unterrichtskonzept einzuführen, das anschließend von der Schule für den weiteren Einsatz in Chemie –Grundkursen der Jahrgangsstufe 11 genutzt werden kann. Das ist hier durch die Vorbereitung der Puzzle-Unterlagen geschehen, die mehrmals wiederverwendet werden können. Zwar ist mein Anteil bezüglich der Auswahl der Inhalte nicht so hoch, dennoch habe ich die Vorgaben für die Unterrichtsreihe (Datei „puzzle.pdf“) bezüglich der Durchführbarkeit überprüft und auf die Vorgaben der Richtlinien [RIC 99] und der Gefahrstoffverordnung [LSW 99] für Lehrer in Nordrhein-Westfalen abgestimmt. Nach Aussagen der Schüler ist das Material durchaus hilfreich für den Lernprozess. Die Beurteilung der kognitiven Lernziele ist nicht besonders gut ausgefallen, auch der Zuwachs an Methodenkompetenz ist eher gering, aber die Aussagen der Schüler auf Fragebögen und in der anschließenden Diskussion zeigen mir, dass sie über wiegend das Gefühl hatten, in der intensiven Auseinandersetzung mit den Mitschülern mehr gelernt zu haben, als bei nur vom Lehrer vermittelten Inhalten. Zum jetzigen Zeit punkt mag eine Vertiefung der Inhalte durch den Lehrer noch gewünscht werden, aber ich bin der festen Überzeugung, dass dieser Wunsch nachlassen wird, wenn die Schüler nur mehr Routine im Umgang mit offenen Arbeitsformen haben, die den selbst ständigen Lernprozess fördern. Sowohl Schüler als auch Lehrer können von dieser Methode profitieren: Das Potential, das zur Vermittlung wichtiger Schlüsselqualifikationen wie Verantwortungsfähigkeit für den eigenen Lernprozess, Teamfähigkeit und Kritikfähigkeit in der Puzzle-Methode steckt, kann aber nur durch regelmäßigen Einsatz des Verfahrens im Unterricht ausgeschöpft werden. Die Handlungskompetenz der Schüler muss sich zunächst entwickeln und kann dann erst gefestigt werden. Da zu wird es allerdings nötig sein, die Gruppenpuzzle-Methode schon viel früher in der Schullaufbahn – bereits in der in der Unter- und Mittelstufe – anzuwenden, was im angelsächsischen Raum bereits in der Grundschule praktiziert wird [WAL 98, S. 381, LAZ 94, S. 1121]. Die Konsequenz für den Chemieunterricht ist dann, mit der Methode in der Klasse 7 zu beginnen und diese mindestens einmal pro Schuljahr mit zunehmend komplexeren Inhalten bis hin zur Jahrgangsstufe 13 einzusetzen. Bei der Durchführung des Unterrichtes ist mir aufgefallen, das die Anwendung des Gruppenpuzzles nicht nur viele Gelegenheiten für die Leistungsbewertung der Schüler bietet (Bewertung von Kurzprotokollen oder Teamfähigkeit, s. o.), da dem Lehrer wäh rend des Unterrichtes mehr Zeit als im lehrerzentrierten Unterricht zur Beobachtung des Schülerverhaltens zur Verfügung steht, sondern dass das Verfahren auch zur Binnendifferenzierung in heterogenen Lerngruppen eingesetzt werden kann. Es sollte viel leicht möglich sein, die Gruppenbildung so vorzunehmen, dass leistungsschwächere Schüler weniger anspruchsvolle Themen in den Expertengruppen bearbeiten als die leistungsstärkeren Schüler. So könnte man eine fachliche Überforderung der erstgenannten Gruppe verhindern und trotzdem die Methoden- und Sozialkompetenz aller Kursteilnehmer schulen. Abschließend sei noch erwähnt, dass die Schüler in der Klausur, die zur Beeinflussung chemischer Gleichgewichte geschrieben wurde, im Vergleich zu den anderen drei Klausuren das beste Ergebnis erzielt haben. Damit ist die Eignung des Unterrichts konzeptes nicht ganz von der Hand zu weisen, aber für eine wissenschaftliche Untersuchung reicht die einmalige Anwendung eines Unterrichtsverfahrens in einer kleinen Lerngruppe ohne Vergleich mit entsprechenden Kontrollgruppen ohnehin nicht aus. 5 Zusammenfassung und Ausblick Innerhalb von 6 Unterrichtsstunden wurde von den Schülern des ChemieGrundkurses der Jahrgangstufe 11 die Beeinflussung chemischer Gleichgewichte durch Konzentration, Druck und Temperatur mit der Gruppenpuzzle-Methode erarbeitet. Die Unterrichtsatmosphäre war durch ein freundliches Arbeitsklima und hohe Schüleraktivität gekennzeichnet. Dabei gelang es den Schülern, die meisten Arbeitsaufträge, die in Arbeitsmappen mit Materialien an sie gestellt wurden, selbstständig zu erfüllen. Aus der Aktivität in den Gruppenarbeitsphasen und den Aussagen der Befragung kann geschlossen werden, dass den Schülern dieses Arbeiten durchaus angenehm war, wenngleich Vorbehalte existierten. Die Schüler hatte das Gefühl, sich nur unzureichend aufeinander verlassen zu können obwohl sie aufeinander angewiesen waren. Auch die schlechte Vorbereitung einzelner Mitschüler und Unsicherheit anderer im Umgang mit fachlichen Inhalten wurden als Mängel des Verfahrens in der Unterrichtsrunde aufgedeckt und angemahnt. Die Schüler fühlten sich zum Teil ohne die unmittelbare Rückmeldung für die geleistete Arbeit vom Lehrer etwas hilflos, weil das nicht dem gewohnten Unterricht entspricht, so dass eine Rückmeldungsphase an die Erarbeitung mit der Methode nötig wurde. Hier sehe ich als Lehrerin Handlungsbedarf, weiterhin selbstständige Arbeitsformen im Unterricht einzusetzen und zu trainieren, um den Schülern das nötige Selbstvertrauen zu geben, denn es kann eigentlich nur in solchen offenen und auf die Eigentätigkeit der Schüler ausgerichteten Arbeitsformen gelingen, dass sich Sozialkompetenz der Lerng ruppe, die eigene Verantwortung für den Lernprozess und mehr Selbständigkeit entwickeln. 6 Literatur [AMA 95] Amann, W.; Eisner, W.; Gietz, P.; Maier, J.; Schierle, W.; Stein, R. (Hrsg.): Elemente Chemie II – Unterrichtswerk für die Sekundarstufe II, Ernst Klett Verlag, Stuttgart (1995). [ARO 84] Aronson, E.: Förderung von Schulleistung, Selbstwert und prosozialem Verhalten: Die Jigsaw-Methode. In: Huber, G. L.; Rotering-Steinberg, S.; Wahl, W. (Hrsg.): Kooperatives Lernen. Beltz Verlag, Weinheim (1984), S. 48-59. [BEC 80] Becker, H.-J.; Glöckner, W.; Hoffmann, F.; Jüngel, G.: Fachdidaktik Chemie, Aulis Verlag Deubner, Köln (1980). 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WISSENSERWERB Mo, 07.05.01 Entwicklung zum „Experten“ für die Beeinflussung chemischer Gleichgewichte durch Konzentration, Druck oder Temperatur Bearbeitung eines Textes zu einem der 3 Themen Einzelstunde Durchführung der Experimente Do, 10.05.01 Lösung von Aufgaben zum Thema zur Selbstkontrolle 1. Teil der Doppelstunde 2. EXPERTENRUNDE Do, 10.05.01 Diskussion der selbst erarbeiteten Inhalte mit den anderen Experten / Klärung noch offener Fragen 2. Teil der Doppelstunde Planung einer Unterrichtseinheit für die Mitschüler 3. UNTERRICHTSRUNDE Do, 17.05.01 Zusammenstellung neuer Gruppen: 3 Themen sind in jeder Gruppe durch einen Experten vertreten 1. Teil der Doppelstunde Unterrichten der Mitschüler anhand der Vorbereitung aus der Expertenrunde 4. LERNERFOLGSKONTROLLE (TEST) UND EVALUATION 20-minütiger Test Evaluation: Ausfüllen eines Fragebogens und Diskussion über die Reihe Mo, 21.05.01 Einzelstunde 7.2 Lückentext Möglichkeiten zur Beeinflussung der Gleichgewichtslage Viele chemische Reaktionen verlaufen ______________________. Diese reversiblen Vorgänge führen in einem abgeschlossen System (kein Stoff- und Energieaustausch mit der Umgebung) zu einem Gleichgewichtszustand, in dem alle Reaktionsteilnehmer in ____________________ Konzentrationen vorliegen. Die Lage des Gleichgewichtes wird durch das _________________________ beschrieben. Bei diesen Reaktionen erkannten der französische Chemiker H. L. Le Châtelier und der deutsche Physiker K. F. Braun das folgende Prinzip: Übt man auf ein im Gleichgewicht befindliches System ( ____________________ ) durch Änderung der äußeren Bedingungen einen Zwang aus, so verschiebt sich die _________________________ so, dass dieser Zwang verringert wird. Man nennt diese Aussage das Prinzip vom kleinsten Zwang. Sie ist sowohl für physikalische als auch für chemische Vorgänge gültig. Chemische Gleichgewichte können durch Änderung der Größen ____________________ , ________________________ und _____________________ beeinflusst werden. Gleichgewichtsverschiebungen äußern sich dabei in einer Änderung der Zusammensetzung des Reaktionsgemisches. Die zu erwartenden Stoffumsätze sind also von den äußeren Bedingungen abhängig. Verschiebung der Gleichgewichtslage durch Änderung des äußeren Drucks. Durch ______________________ wird das Gleichgewicht zugunsten derjenigen Stoffe verschoben, die das kleinere Volumen einnehmen, d.h. zugunsten derjenigen Stoffmenge, bei deren Bildung sich die Stoffmenge ______________________ . ______________________ begünstigt die zugehörige Gegenreaktion. Für Reaktionen ohne Stoffmengenänderung ist die Gleichgewichtszusammensetzung _____________________ . Verschiebung der Gleichgewichtslage durch Wärmezufuhr oder Wärmeentzug. Durch Zufuhr von Wärme ( _____________________ ) erhöhen sich im Gleichgewichtsgemisch die Konzentrationen derjenigen Stoffe, die durch den ____________________ Vorgang entstehen. Durch Wärmeentzug ( ____________________ ) wird die zugehörige ____________________ Gegenreaktion begünstigt. Verschiebung der Gleichgewichtslage durch Zusatz oder Entzug einer Komponente. Durch Zusatz oder Entzug einer im Reaktionsgemisch enthaltenen Komponente verschiebt sich die Lage des Gleichgewichtes so, dass dieser Stoff weiter ____________________ wird. Wird dem Gleichgewichtsgemisch ein Stoff _____________________ , so wird dieser bis zur Einstellung des neuen Gleichgewichtes nachgeliefert. --------------------------------------------------------------------------------------------- – Druck – Druckerhöhung – Druckerniedrigung – druckunabhängig – entzogen – exotherme – endothermen – geschlossen – Gleichgewichtslage – konstanten – Konzentration – Massenwirkungsgesetz – Temperatur – Temperaturerhöhung – Temperaturerniedrigung – umkehrbar – verbraucht – verringert – (Text verändert nach [BER 91, S. 97 - 99].) 7.3 Auswertung des Fragebogens “Unterricht nach der Puzzle-Methode im Grundkurs Chemie der Jahrgangsstufe 11“ 1. Wie wurde der Lernstoff von den Mitschülern vermittelt (Vortrag, Experiment, Arbeitsblatt,...)? 1 Gruppe erklärt die Theorie, führt den Versuch vor und teilt ein Hand-Out mit einer Zusammenfassung aus 1 Gruppe erklärt die Theorie, beschreibt den Versuch und teilt ein Hand-Out mit einer Zusammenfassung aus 1 Gruppe trägt die Inhalte anhand der Arbeitsmappe vor 2. Wie haben Sie als „Experte“ die Inhalte vermittelt? Vortragen oder Vortrag mit Experiment und Hand-Out oder Vortrag und Hand-Out trifft voll zu geht so stimmt nicht 3. Ich habe den Unterrichtsstoff gut verstanden 5 10 0 a) bei der Durcharbeitung des Einführungstextes 9 4 2 b) bei Durchführung des Experimentes 3 11 1 c) bei der Diskussion mit meinen Mitschülern innerhalb der Expertenrunde 3 8 3 (1 Enthaltung) d) als ich meine Mitschüler unterrichtet habe 4 9 2 e) als meine Mitschüler mich unterrichtet haben 2 9 4 4. Wenn meine Mitschüler den Lernstoff unterrichten, verstehe ich die Inhalte eher als bei einem Lehrer. 5 5 5 5. Was hat mir beim Lernen dieser Unterrichtsinhalte besonders geholfen? Arbeitsmappe mit den Texten selbstständiges Lernen gegenseitige Hilfe unter den Mitschülern Diskussion bzw. Besprechung der Inhalte auf Schülerniveau 6. In Form von kleineren Gruppen (wie innerhalb der Experten- oder Unterrichtsrunde) kann ich im Unterricht besser mitarbeiten. 5 7 3 7. Ich finde es gut, selber in die Rolle des Lehrers zu schlüpfen. 3 4 8 8. Es ist mir leichter gefallen, 2 Mitschüler statt den ganzen Kurs zu unterrichten. 13 0 2 9. Ich finde es gut, Lernstoff von meinen Mitschülern erklärt zu bekommen. 6 7 2 10. Besonders gut an der Puzzle-Methode hat mir gefallen.... Stoff festigt sich durch Experimentieren Lernkontrolle mit Fragen und Antworten im Arbeitsmaterial selber Informationen zu vermitteln Eigenes Engagement Intensive Auseinandersetzung (Theorie, Experiment, Diskussion, Unterrichten) mit speziellem Thema Durchführung einer Expertenrunde (kleine Gruppe), in der wenige Schüler ihr bestes versuchen gegenseitige Hilfe unter Mitschülern eigene Fähigkeiten genauer kennenzulernen, da man sich die Inhalte selbst erarbeiten musste Nicht so gut fand ich... „nichtwissende Schüler“ in der Unterrichtsrunde, die den Stoff nicht vermitteln konnten oder ihr Thema nicht beherrschen unvorbereitete Kursmitglieder man muss sich auf die Mitschüler verlassen den gesamten Lernprozess- man muss sich alles selbst beibringen Test schreiben Autorin: K. Dölfer, Schriftliche Hausarbeit , Studienseminar Jülich 2001 Einführung und Bewertung der Gruppenpuzzle-Methode im Chemieunterricht der Jahrgangsstufe 11 zur Erarbeitung des Einflusses von Konzentration, Druck und Temperatur auf chemische Gleichgewichte