Allgemeines
Lehrende:r
Dr. Michael Peetz
Beteiligte
Dr. Melina Doil
Veranstaltung
Schulchemie vertieft
Modul
che752 Vertiefungsmodul Chemiedidaktik
Studiengang
Master of Education (Gym, HR, SoPäd) Chemie
Fakultät
Fakultät V – Mathematik und Naturwissenschaften
Institut
Institut für Chemie
Semester
WiSe 2024/25
Turnus
wöchentlich
Anzahl Studierende
6
KP des Moduls
6
Prüfungsform
Aktive Teilnahme (dokumentiert durch abgegebene Hausaufgaben) plus Klausur oder mündliche Prüfung oder Hausarbeit
Kategorien
Digitale Medien
Forschendes Lernen
Mathematik und Naturwissenschaften
Praktikum
Seminar
Stud.IP
Ausgangs- und Mittelpunkt der hier vorgestellten Lehrveranstaltung ist das Experimentieren als zentraler Bestandteil naturwissenschaftlicher Erkenntnisgewinnung. Im Wintersemester 2024/25 wurde das Seminar im Rahmen eines Wahlpflichtangebots innerhalb des regulären Moduls Chemiedidaktik vertieft der Master of Education Studiengänge Chemie erstmals durchgeführt. Während Experimente im Studium der Chemie selbstverständlich einen festen Platz einnehmen, geht das hier vorgestellte Format über die reine Durchführung hinaus: Es verbindet die Schulung experimenteller Fertigkeiten mit dem Ansatz des Forschenden Lernens. Die Studierenden erarbeiten nicht nur klassische Schulversuche, sondern entwickeln ausgehend von Fragestellungen, Forschungsansätzen oder spezifischen Zielsetzungen eigene Versuche, die sie im Seminar praktisch umsetzen. Dadurch wird eine doppelte Perspektive eröffnet: Zum einen erwerben die Studierenden fachliche Sicherheit und methodische Kompetenz im Umgang mit Experimenten, zum anderen reflektieren sie deren Bedeutung und Einsatzmöglichkeiten für den schulischen Unterricht.
Inhalte und Lernziele
Das zentrale Ziel der Veranstaltung bestand darin, die experimentelle Praxis im Lehramtsstudium zu vertiefen (die behandelten Themen können Tabelle 1 entnommen werden) und zugleich Perspektiven für eine kompetenzorientierte und forschend ausgerichtete Unterrichtsgestaltung zu eröffnen. Im Mittelpunkt stand die Befähigung angehender Lehrkräfte, Schülerinnen und Schüler im späteren Berufsalltag nicht nur im regulären Unterricht, sondern auch in außerunterrichtlichen Kontexten – etwa in Arbeitsgemeinschaften, im Förderunterricht oder bei Wettbewerben wie Jugend forscht – aktiv forschend arbeiten zu lassen.
Dabei wurde der naturwissenschaftliche Erkenntnisweg mit seinen wesentlichen Elementen – dem Aufstellen und Überprüfen von Hypothesen, der Dokumentation von Prozessen, dem konstruktiven Umgang mit Scheitern sowie der Präsentation von Ergebnissen – in den Blick genommen. Da dieser vollständige Zyklus im schulischen Alltag häufig nur eingeschränkt realisierbar ist, lag ein besonderer Fokus darauf, wie durch gezielte didaktische Reduktion einzelne Phasen forschenden Arbeitens schüler*innenorientiert umgesetzt werden können.
Das Seminar forderte die Studierenden daher explizit dazu auf, sich selbst in die Rolle Forschender zu versetzen und den Prozess in unterschiedlichen Ausprägungen zu durchlaufen. Auf diese Weise erhielten sie zugleich Anregungen, wie entsprechende Ansätze in der experimentellen Schulchemie didaktisch sinnvoll integriert werden können. Ein vollständig offenes Forschungsdesign war aufgrund begrenzter Ressourcen nicht möglich. Stattdessen wurden neben eigenständig entwickelten Ansätzen auch ausgewählte neue Experimente eingeführt, sodass die Studierenden ihr Repertoire an fachpraktischen Möglichkeiten erweitern konnten.
Struktur und Ablauf des Seminars und des Praktikums
Die Veranstaltung gliederte sich in zwei Abschnitte. In den ersten beiden Wochen des Semesters wurden grundlegende Fertigkeiten und Inhalte vermittelt. Im Mittelpunkt stand dabei das Konzept des Forschenden Lernens sowie die Einführung in Arbeitsweisen, auf die die Studierenden im weiteren Verlauf immer wieder zurückgreifen sollten. Dazu gehörten Schulungen im Umgang mit relevanter Software und Hardware, insbesondere zur digitalen Messwerterfassung. Ergänzend wurde die Nutzung von Spritzentechnik als Methode thematisiert, um mit einfachen und kostengünstigen Materialien bekannte Schulversuche in größerem Umfang und mit erhöhter Sicherheit umsetzen zu können.
| Datum | Inhalt von Seminar/Praktikum |
| 16.10.2024 | Einführung, Organisation Sicherheitsbelehrung Forschendes Lernen |
| 23.10.2024 | Einführung in Labor-relevante Software Thema Spritzentechnik |
| 30.10.2024 | Chemische Versuche im Anfangsunterricht |
| 06.11.2024 | Redoxreaktionen |
| 13.11.2024 | Chemische Formeln/stöchiometrisches Rechnen |
| 20.11.2024 | Säuren und Basen |
| 27.11.2024 | Thermodynamik und Energetik |
| 04.12.2024 | Kinetik |
| 11.12.2024 | Chemisches Gleichgewicht |
| 18.12.2024 | Elektrochemie I |
| 08.11.2025 | Elektrochemie II |
| 15.01.2025 | Organische Chemie |
| 22.01.2025 | Kunststoffe |
| 29.01.2025 | Showversuche |
Im Anschluss an diese einführenden Sitzungen nahmen die Studierenden ihre Labortätigkeit auf. Hierbei arbeiteten sie in unterschiedlichen Ausprägungen des Forschenden Lernens: Während einige Versuche in vollem Umfang vorgegeben wurden, mussten andere auf Basis von Aufgabenstellungen ergänzt oder vollständig neu entwickelt werden. Die im Praktikum durchgeführten Experimente wurden in gemeinsamer Diskussion reflektiert und von den Studierenden teilweise auch vorgestellt. Auf diese Weise durchliefen sie nicht nur den Forschungsprozess an kleineren Experimenten – einschließlich des produktiven Umgangs mit scheiternden Versuchen –, sondern führten diesen bis zur abschließenden Präsentation und Beschreibung der Ergebnisse.
Dieser Ablauf ermöglichte es den Studierenden, ihre experimentellen Fähigkeiten systematisch zu vertiefen und zugleich zu reflektieren, wie einzelne Elemente des Forschenden Lernens für den eigenen zukünftigen Unterricht didaktisch nutzbar gemacht werden können.
Studienleistung und Prüfungsform
Die Studienleistung bestand in der aktiven Teilnahme am Seminar, die durch die Bearbeitung, Abgabe und teilweise auch Vorstellung von Arbeitsaufträgen dokumentiert wurde. An jedem Versuchstag erhielten die Studierenden spezifische Aufgaben, die im Vorfeld zu bearbeiten waren. Dazu gehörte insbesondere die vollständige Planung mindestens eines, in vielen Fällen auch zweier Experimente. Neben der inhaltlichen Konzeption war dabei die Erstellung einer Gefährdungsbeurteilung verpflichtend, sodass die Studierenden frühzeitig mit sicherheitsrelevanten Aspekten experimenteller Arbeit vertraut gemacht wurden.
Die im Rahmen dieser Vorbereitungen entwickelten Ansätze bildeten die Grundlage für die praktische Umsetzung im Labor. Dort wurden die Versuche von den Studierenden vorgestellt, erprobt und – falls notwendig – überarbeitet. Auf diese Weise konnte gewährleistet werden, dass auch fehlerhafte Ansätze produktiv in den Lernprozess einbezogen wurden und am Ende in einem funktionsfähigen Format in das von den Studierenden erstellte Versuchsskript eingingen.
Evaluation des Seminars und Optimierungsansätze
Eine dokumentierte Lehrevaluation des Seminars hat in dem Semester nicht stattgefunden. Dennoch wurde in der letzten Sitzung über das Seminar/Praktikum gesprochen und die Studierenden nach ihrer Meinung nach Optimierungsvorschlägen gefragt. Das Feedback zu dem Seminar war durchweg positiv, auch wenn die Studierenden auf die Hausaufgaben verzichten hätten können. Die Freiheit im Labor (und auch in der Vorbereitung) Versuche mit eigenen Ideen und Ansätzen planen und umsetzen zu können und dabei auch persönliche Vorlieben, was die experimentelle Gestaltung angeht ausleben zu können, wurde von allen Teilnehmenden als Gewinn für die experimentelle Bildung im Studium wahrgenommen.
An der Stellschraube der Hausaufgaben kann in dem Format nur bedingt gedreht werden, da diese ein elementar wichtiger Teil der Vorbereitung und auch Teil des Forschungsprozesses sind. Und auch wenn die Studierenden im Rahmen ihrer Forschungsansätze bereits Spritzentechnik verwendet haben, so würde in einer erneuten Durchführung doch die Nutzung von Spritzentechnik und auch von digitaler Messwerttechnik noch stärker eingefordert werden. Gerade letzteres entspricht einem modernen Chemieunterricht unter Nutzung moderner digitaler Medien und sollte vertiefend auch in die Lehre noch integriert werden.
Zusätzliche Aspekte
Digitale Medien: Als Kommunikationsplattform wurde auf Stud.IP mit den dort enthaltenen Tools zurückgegriffen. Zu Beginn des Semesters haben die Studierenden eine Einführung in typische Software bekommen, die für die Bearbeitung chemischer Experimente nötig sind. Dazu gehörte ein Crashkurs in Datenauswertung mit Excel genauso wie die Funktionsweise von Programmen wie ChemDraw (Erstellen von Molekülstrukturformeln) oder chemix.org (erstellen von Aufbauzeichnungen). Auch wurde explizit auf die Verwendung von Literaturverwaltungssoftware und die Erstellung von gültigen Gefährdungsbeurteilungen eingegangen. All dies brauchten die Studierenden für die Bearbeitung der Hausaufgaben und soll sie auf ihr weiteres Studium und das folgende Berufsleben vorbereiten.
Forschendes Lernen: Der Aspekt des Forschenden Lernens wurde oben schon beschrieben. Die Studierenden sollten sich wöchentlich an der Bearbeitung kleiner experimentell orientierter Forschungsprojekte mit mehr oder weniger Hilfen versuchen und diese anschließend ausprobieren und vorstellen.
Lehrkräftebildung: Es handelt sich um eine fachdidaktische Lehrveranstaltung ohne direkte Zusammenarbeit mit Schüler*innen. Die Studierenden haben im Seminar aber immer wieder einen direkten Bezug zu ihrem späteren Berufsleben aufgezeigt bekommen.