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Forschendes Lernen als Anlass zur Entdeckung von Struktur-Eigenschafts Beziehungen und zwischenmolekularen Wechselwirkungen am Beispiel des Löslichkeitsverhaltens ausgewählter Inhaltsstoffe von Alltagsprodukten
Jennifer Dachauer
Art der Arbeit
Masterarbeit
Universität
Universität Wien
Fakultät
Fakultät für Chemie
Studiumsbezeichnung bzw. Universitätlehrgang (ULG)
Masterstudium Lehramt Sek (AB) UF Chemie UF Mathematik
Betreuer*in
Anja Lembens
Mitbetreuer*in
Rosina Steininger
DOI
10.25365/thesis.71882
URN
urn:nbn:at:at-ubw:1-17288.03025.541736-7
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(Print-Exemplar eventuell in Bibliothek verfügbar)
Abstracts
Abstract
(Deutsch)
Die vorliegende Arbeit beschreibt Forschendes Lernen als Lehr- und Lernmethode (vgl. Lederman, 2006, S. 310; vgl. NRC et al., 2000, S. xv). Unter dem Aspekt Forschenden Lernens als Lehrmethode werden anhand des 5E-Modells nach Bybee (2006, S. 41) sowie den Prinzipien Forschenden Lernens nach Reitinger (2013, S. 46 ff) Möglichkeiten zur Planung Forschenden Lernens durch die Lehrperson vorgestellt. In Bezug auf Forschendes Lernen als Lernmethode wird in Anlehnung an Pedaste et al. (2015, S. 51 ff) beschrieben, welche Phasen Schüler*innen innerhalb eines Forschungsprozesses durchlaufen und in welche unterschiedlichen Level dieser nach Schwab (1962 zitiert nach Abrams et al., 2008, S. xx f) gegliedert werden kann. Diese Arbeit stellt den Einsatz, die Erprobung sowie die Weiterentwicklung einer Lernumgebung zum Forschenden Lernen auf Level 2 vor. Im Fokus der Lernumgebung steht ein Alltagsphänomen – die Phasenbildung innerhalb einer flüssigen Haarkur. Im Rahmen dieser Lernumgebung bilden die Schüler*innen Hypothesen, planen Untersuchungen und führen diese durch. Sie ziehen aus ihren Beobachtungen Schlüsse und beantworten dadurch die ihnen gestellte Forschungsfrage „Welche Ähnlichkeiten weisen Moleküle von Stoffen auf, die sich ineinander lösen?“. Im Rahmen der (Weiter-)Entwicklung dieser Lernumgebung werden die folgenden drei Forschungsfragen beantwortet. Forschungsfrage 1: „Wie kann eine Lernumgebung gewinnbringend gestaltet werden, um das Prinzip „Ähnliches löst Ähnliches“ anhand von Alltagsprodukten im Zuge Forschenden Lernens mit Schüler*innen der Sekundarstufe II zu erarbeiten?“ Forschungsfrage 2: „Wie nehmen Schüler*innen die zeitlichen und materiellen Rahmenbedingungen, die Sozialform sowie den Forschungsprozess im Zuge des Forschenden Lernens wahr?“ Forschungsfrage 3: „Wie nützen Schüler*innen das entwickelte Unterrichtsmaterial, um das Löslichkeitsverhalten von Stoffen über Struktur-Eigenschafts Beziehungen und zwischenmolekulare Wechselwirkungen zu begründen?“ Die Lernumgebung wurde im Rahmen von drei Unterrichtsdurchführungen erprobt, evaluiert und im Sinne der Design-Based Research-Methode in Anlehnung an The Design-Based Research Collective (2003, S. 5 ff) zwischen jeder Unterrichtsdurchführung kontinuierlich weiterentwickelt. Die Datenerhebung erfolgte in schriftlicher Form durch Schüler*innenaussagen. Anhand dieser Daten wurden zwei Kategorienhandbücher über die zusammenfassend strukturierende Inhaltsanalyse nach Mayring (2015) entwickelt. Die Datenauswertung erfolgte mithilfe dieser Kategorienhandbücher. Die Datenauswertung zeigt, dass die Schüler*innen die entwickelte Lernumgebung gewinnbringend nützen können, um das Prinzip Ähnliches löst Ähnliches zu erarbeiten. Die Rückmeldungen der Schüler*innen zum Forschenden Lernen legen dar, dass die Mehrheit der Schüler*innen den zeitlichen Rahmen sowie das Ausmaß an Erklärungen als angemessen empfindet. Auch jene Lernende, welche die Bildung von Hypothesen, das Planen von Untersuchungen oder die Formulierung von Schlussfolgerungen als herausfordernd wahrnehmen, können das Forschendes Lernen unter Zuhilfenahme des Unterstützungsangebotes positiv bewältigen. Es zeigt sich, dass die Lernumgebung die Lernenden dabei unterstützt, das Löslichkeitsverhalten von Stoffen über Struktur-Eigenschafts Beziehungen und zwischenmolekulare Wechselwirkungen zu begründen. Dabei ist die Unterscheidung zwischen Stoff- und Teilchenebene herausfordernd. Zu Beginn der Unterrichtsdurchführungen bezeichnet ein Teil der Lernenden das Vorkommen von Hydroxy-Gruppen innerhalb eines Moleküls als bedeutsames Strukturmerkmal zur Erklärung der Löslichkeit entsprechender Stoffe in Wasser. Am Ende der Unterrichtsdurchführungen gelingt es dem Großteil der Lernenden diese Löslichkeit anhand der gesamten Molekülstruktur, der Polarität bzw. der Ausbildung zwischenmolekularer Wechselwirkungen zu erklären. Vereinzelt zeigen sich Präkonzepte, in welchen der Lösevorgang als chemische Reaktion oder als Prozess des Verschwindens aufgefasst wird. Mit fortschreitender Unterrichtsdurchführung nimmt die Anzahl solcher Präkonzepte ab.
Abstract
(Englisch)
This paper describes Inquiry-Based Learning as a method of teaching and learning (cf. Lederman, 2006, p. 310; cf. NRC et al., 2000, p. xv). Regarding Inquiry-Based Learning as a method of teaching, possibilities for the planning of Inquiry-Based Learning by the teacher will be introduced based on Bybee’s (2006, p. 41) 5E-Model as well as principles of Inquiry-Based Learning by Reitinger (2013, p. 46 ff). In relation to Inquiry-Based Learning as a method for learning, a description will be given based on Pedaste et al (2015, p. 51 ff) on which phases the students will encounter within the research process and into which different levels these can be divided, according to Schwab (1962 as cited in Abrams et al., 2008, p. xx f). This paper introduces the application, the evaluation as well as the further development of a learning environment for Inquiry-Based Learning on Level 2. An everyday phenomenon is the focus of the learning environment – the phase formation within a hair conditioner. In the context of this learning environment the students form hypotheses as well as plan and carry out investigations. They draw conclusions from their observations and are then able to answer the research question “Which similarities do molecules of substances have that dissolve into each other?”. The following three research questions will be answered as part of the (further) development of this learning environment. Research question 1: “How can a learning environment be made productive in order to work on the principle “like dissolves like” with the help of everyday products in the course of Inquiry-Based Learning with upper secondary school students?” Research question 2: “How do students perceive the temporal and material framework conditions, the social form and the inquiry process in the course of Inquiry-Based learning?” Research question 3: “How do students use the developed learning materials to explain the solubility behaviour of substances via structure-property-relationships and intermolecular interactions?” The learning environment was tested and evaluated using a series of lessons in line with the Design-Based Research Method based on The Design-Based Research Collective (2003, p. 5 ff) and was continuously further developed between each series of lessons. Data collection was based on statements written by the students. Based on this data two category systems were developed via the summarizing structuring content analysis according to Mayring (2015). Data evaluation was carried out with the help of these category handbooks. Data evaluation shows that the students were able to benefit from the developed learning environment to work out the principle like dissolves like. The students´ feedback regarding Inquiry-Based Learning shows that the majority of the students find the time frames and extent of the explanations appropriate. Even those learners, who find the formulation of hypotheses, planning of examinations or the formulation of conclusions challenging can overcome this with the support available for Inquiry-Based Learning. It shows that the learning environment supports the learners to explain the solubility behaviour of substances via structure-property-relationships and intermolecular interactions. Yet, it is challenging to differentiate between macroscopic and submicroscopic levels. At the beginning of the series of lessons some of the learners describe the occurrence of hydroxy groups within a molecule as a significant structural characteristic to explain the solubility of corresponding substances in water. At the end of the series of lessons the majority of learners succeed in explaining this solubility based on the entire molecular structure, the polarity or rather the formation of intermolecular interactions. Occasionally, preconceptions are shown in which the dissolving process is interpreted as a chemical reaction or as a process of disappearance. As the lesson series progresses the number of such preconceptions decreases.
Schlagwörter
Schlagwörter
(Deutsch)
Forschendes Lernen Struktur-Eigenschafts Beziehungen zwischenmolekulare Wechselwirkungen Alltagsprodukte Löslichkeit Design-Based Research
Schlagwörter
(Englisch)
Inquiry-Based Learning structure-property relationsships intermolecular interactions everday product solubility design-based research
Autor*innen
Jennifer Dachauer
Haupttitel (Deutsch)
Forschendes Lernen als Anlass zur Entdeckung von Struktur-Eigenschafts Beziehungen und zwischenmolekularen Wechselwirkungen am Beispiel des Löslichkeitsverhaltens ausgewählter Inhaltsstoffe von Alltagsprodukten
Paralleltitel (Englisch)
Inquiry-Based Learning as an opportunity to discover structure-property relationships and intermolecular interactions using the solubility behavior of selected ingredients in everyday products
Publikationsjahr
2022
Umfangsangabe
VII, 143 Seiten : Illustrationen
Sprache
Deutsch
Beurteiler*in
Anja Lembens
Klassifikationen
35 Chemie > 35.99 Chemie: Sonstiges ,
81 Bildungswesen > 81.05 Bildungsforschung ,
81 Bildungswesen > 81.42 Unterrichtsorganisation, Ausbildungsorganisation ,
81 Bildungswesen > 81.51 Lernprozess ,
81 Bildungswesen > 81.61 Didaktik, Hochschuldidaktik ,
81 Bildungswesen > 81.64 Unterrichtsprozess: Sonstiges ,
81 Bildungswesen > 81.65 Lehrmittel, Lernmittel: Allgemeines
AC Nummer
AC16593253
Utheses ID
63668
Studienkennzahl
UA | 199 | 504 | 520 | 02