Fachbereich 12 - Chemie und Pharmazie
Institut für Didaktik der Chemie
Prof. Dr. Hans-Dieter Barke

Strukturorientierter Chemieunterricht

Chemieverständnis und Modellvorstellungen, Fehlvorstellungen der Schüler und Schülerinnen zu Ionenbegriff und Ionenbindung, Modellvorstellungen und interaktive Software zum Entdecken chemischer Strukturen am Computerbildschirm, Ableitung von Formeln der kristallinen Feststoffe aus Elementarzellen.

Zum besseren Verständnis der Chemie soll der Unterrichtsweg “zweischienig“ sein: Die erste Schiene bilden die Naturphänomene und Laborexperimente, die zweite parallele Schiene ist den Modellen und Modellvorstellungen vorbehalten. Viele GDCh-Lehrerfortbildungskurse mit Chemielehrern an der Uni Münster, Workshops an der University Addis Abeba oder an der Universität Riga in Lettland zeigten etwa auf, welche Möglichkeiten es mit selbstgebauten Kugelpackungen und Raumgittern gibt, erfolgreich und nachhaltig strukturchemische Interpretationen zu einem angemessenen Chemieverständnis durchzuführen. Eine andere Möglichkeit für solche Interpretationen bietet eine entwickelte Lernsoftware, mit der dreidimensionale Strukturmodelle wie Kugelpackungen und Elementarzellen interaktiv darstellt und für bestimmte Fragestellungen interaktiv verändert werden können.

Werden chemische Strukturen weder in Form räumlicher Modelle, zweidimensionaler Zeichnungen oder Computerbilder anschaulich gemacht, bilden sich bei Lernenden vielfach Fehlvorstellungen vom Aufbau der Stoffe allgemein und von Ionenverbänden bzw. von der Ionenbindung insbesondere. Wir konnten nachweisen, dass diesbezügliche Fehlvorstellungen durch traditionellen Chemieunterricht geradezu erzeugt werden.

Auch die chemischen Symbole gehören zur “zweiten Schiene“ und sollten zusammen mit Strukturmodellen - etwa Elementarzellen oder Molekülmodellen der betreffenden Substanzen - vermittelt werden: sie sind somit als stark verkürzte Strukturmodelle aufzufassen und stellen für Feststoffe nur das Zahlenverhältnis der beteiligten Atome oder Ionen dar. Wir konnten nachweisen, dass im Unterricht zu ersten Feststoffen wie Metallen und Legierungen bereits die Realschüler und Schülerinnen der Klassenstufe 8 die Idee der Elementarzelle verstehen und aus kubischen Elementarzellen entsprechende Formeln ableiten können. Sie vermeiden nicht nur den mathematisch anspruchsvollen Weg des Vergleichs von Massenverhältnis und Atommassen, sondern entwickeln angemessene Vorstellungen von Feststoffstrukturen.

Beteiligte Wissenschaftler:

Prof. Dr. H.-D. Barke, Prof. Dr. Sauermann, FH München, Claus Hilbing, Birte Möller, Hilde Wirbs

Veröffentlichungen:

Barke, H.-D.: Konzeption des strukturorientierten Chemieunterrichts. In: Barke, H.-D., Harsch, G.: Chemiedidaktik Heute. Heidelberg 2001 (Springer), 349

Sauermann, D., Barke, H.-D.: Chemie für Quereinsteiger. Bände 1 - 4. Münster 1997 - 2001 (Schüling)

Barke, H.-D., Harsch, G., Wirbs, H.: Chemiedidaktik an der University of Addis Ababa. Nachrichten aus der Chemie 49 (2001), 209

Barke, H.-D.: Strukturmodelle-Workshop in Riga (Lettland). Bericht über einen Besuch an der Riga-Technical-University im August 2001. CHEMKON 9 (2002), 52

Möller, B., Barke, H.-D.: Interaktive Software zum Entdecken chemischer Strukturen. In: Brechel, R.: Zur Didaktik der Physik und Chemie. Vorträge auf der Tagung in Dortmund 2001. Alsbach 2002 (Leuchtturm), 183

Hilbing, C., Barke, H.-D.: Schülervorstellungen zum Aufbau von Salzen. In: Brechel, R.: Zur Didaktik der Physik und Chemie. Vorträge auf der Tagung in Dortmund 2001. Alsbach 2002 (Leuchtturm), 201

Hilbing, C.: Alternative Schülervorstellungen zum Aufbau der Salze als Ergebnis von Chemieunterricht. Eine lernpsychologisch orientierte qualitative Unterrichtsevaluation. Dissertation, WWU Münster 2002

Wirbs, H., Barke, H.-D.: Von der Elementarzelle zu ersten Formeln. In: Brechel, R.: Zur Didaktik der Physik und Chemie. Vorträge auf der Tagung in Dortmund 2001. Alsbach 2002 (Leuchtturm), 224

Barke, H.-D., Wirbs, H.: Der strukturorientierte Weg zur Formelsprache. In: Freytag, K., Thomas, E.: Handbuch des Chemieunterrichts - Sekundarbereich I. Band 3: Teilchen - Formeln - Redoxreaktionen. Köln 2002 (Aulis), 124

Barke, H.-D., Wirbs, H.: Structural Units and Chemical Formulas. Chemistry Education: Research and Practice in Europe (CERAPIE) 3 (2002), 185

Wirbs, H.: Zur Bedeutung chemischer Strukturen für Lernprozesse im Chemieunterricht. Empirische Erhebungen zur Ableitung chemischer Symbole aus Strukturmodellen. Dissertation WWU Münster 2002