Forschendes Lernen auf Teilchenebene

Experimentieren im Chemieunterricht auf der Stoffebene

Forschendes Lernen gelingt im Chemieunterricht an der Schule oder in der Hochschullehre mithilfe der fachgemäßen Denk- und Arbeitsweise des Experimentierens. Hier lassen sich auf Stoffebene viele Einflussfaktoren untersuchen, z. B. die Menge der eingesetzten Substanzen, Oberflächeneffekte oder auch Druck und Temperatur. Auf submikroskopischer Ebene (Teilchenebene) können Lernende solche Manipulationen der physikalisch-chemischen Bedingungen und deren Auswirkungen kaum nachvollziehen.

Digitale Medien machen die Teilchen sichtbar

Es gibt viele digitale Repräsentationen der Teilchenwelt, aber nur wenige, die Manipulationen im Sinne des forschenden Lernen zulassen. In unserem „Molekülsimulator Wasser“ sehen die Nutzer:innen dreidimensional gestaltete Wassermoleküle, welche durch Bewegung und Abstände verschiedene Aggregatzustände simulieren. Die Moleküle können dabei unterschiedlichen Temperaturen ausgesetzt werden, die bespielsweise zum Inneren eines Gefrierschranks, dem Grund eines tiefen Gewässers oder einem Topf auf der heißen Herdplatte passen.

Die fachdidaktische Erforschung der Anwendung

Das Projekt beleuchtet, welche möglichen Forschungsfragen die Lernenden im Umgang mit den zwei- und dreidimensionalen Teilchenwelten des Wassers formulieren, welche Vorstellungsänderungen über Teilchen und Wechselwirkungen sich ergeben und welche Ursachen für die zugehörigen Lernprozesse erkennbar sind. Dabei verknüpft das Projekt Untersuchungen zu Schülervorstellungen im Chemieunterricht, zu forschendem Lernen und zur Rolle digitaler Medien im Lernprozess. Für die Umsetzung standen die 3D-Brille „MS HoloLens 2“ und zweidimensionale Ansichten der Temperaturbereiche zur Verfügung. Zur Analyse der Lernprozesse dienen qualitative Einzelinterviews. Die Ergebnisse sollen Aufschluss darüber geben, wie digitale Repräsentationen zum forschenden Lernen auf Teilchenebene beitragen können.

Unterrichtsmaterial zum Molekülsimulator Wasser

Zum Download stehen hier bald bereit:

• Der Molekülsimulator in 2D (pptx-Datei)
• Der Molekülsimulator in 3D (Online)
• Begleitmaterial für den Unterricht: Arbeitsblatt, Präsentation und Unterrichtsverlaufsplan