Seminararbeit 2007

LANDESLEHRERPRÜFUNGSAMT

STAATLICHES SEMINAR FÜR SCHULPÄDAGOGIK

Außenstelle beim Oberschulamt Stuttgart

Stuttgart

Zweite Staatsprüfung für die Laufbahn des höheren Schuldienstes an beruflichen Schulen

SCHRIFTLICHE ARBEIT

Fach:

Chemie

Thema:

Experimentelle Vertiefung physikalischer Trenn-

Klasse:

TG E2

verfahren in Form eines Gruppenpuzzles im ChemieUnterricht der Eingangsklasse des Technischen Gymnasiums

Verfasser: StRef Dr. Bernd Stange, Gewerbliche Schule Göppingen Themensteller: OStR Ulrich Kirner, Technische Schule Aalen

Ich versichere, dass ich diese schriftliche Arbeit selbständig und nur mit den angegebenen Hilfsmitteln angefertigt habe und dass ich alle Stellen, die dem Wortlaut oder dem Sinn nach anderen Werken entnommen sind, durch Angabe der Quellen als Entlehnung kenntlich gemacht habe.

Göppingen, den 25. Mai 2007 Dr. Bernd Stange

Meine Arbeit kann in die Bibliothek des Seminars für Schulpädagogik aufgenommen werden. Ich erkläre darüber hinaus mein Einverständnis, dass der Titel der Arbeit im Zentralkatalog der Prüfungsarbeiten aus Seminaren für Gymnasien und berufliche Schulen (IPTS-Katalog) veröffentlicht werden kann.

Göppingen, den 25. Mai 2007 Dr. Bernd Stange

D „ enn sehr wahr ist das bekannte Wort: Wer andere lehrt, unterrichtet sich selbst: nicht nur, weil er durch Wiederholung das Aufgefasste in sich befestigt, sondern auch Gelegenheit erlangt, tiefer in die Dinge einzudringen. JOHANN AMOS COMENIUS (1592 – 1670)

Inhaltsverzeichnis

Verzeichnis der Abbildungen

VII

Verzeichnis der Tabellen

X

Quellenangaben

XI

Abstract

XVII

1. Einleitung

1

1.1. Notwendigkeit eines Paradigmenwechsels im Unterrichtsverständnis

2

1.2. Kooperatives Lernen als Konsequenz

3

1.3. Kooperatives Lernen versus Gruppenarbeit

5

1.4. Gruppenpuzzle nach ARONSON

6

1.5. Wirksamkeit des Gruppenpuzzles

8

2. Durchführung des Projektes

10

2.1. Hintergrund und Rahmenbedingungen

11

2.1.1. Begründung der Themenwahl

11

2.1.2. Kurze fachwissenschaftliche Darstellung

12

2.1.2.1. Chromatographie

12

2.1.2.2. Destillation

13

2.1.2.3. Extraktion

14

2.1.3. Anthropogene und soziokulturelle Rahmenbedingungen der Lerngruppe

15

2.1.4. Organisatorische Rahmenbedingungen des Unterrichts

16

2.1.5. Didaktische Analyse

17

2.1.5.1. Einbettung des Projektes in die Lehrplaneinheit

17

2.1.5.2. Stoffauswahl und didaktische Reduktion

17

2.1.5.3. Lernziele

18

2.1.6. Methodisch-mediale Analyse

20

2.1.6.1. Begründung der Methode

20

2.1.6.2. Unterrichtsmedien

21

Inhaltsverzeichnis

V

2.2. Unterrichtspraktische Umsetzung

22

2.2.1. Hinleitung zum Projektthema

22

2.2.2. Organisation des experimentellen Gruppenpuzzles

23

2.2.3. Gruppenbildung

25

2.2.4. Die Arbeit in den Gruppen

26

2.2.4.1. Die Arbeit in den Expertengruppen

26

2.2.4.2. Die Arbeit in den Stammgruppen

27

2.2.4.3. Die Atmosphäre während des Projektes

27

2.3. Bewertung, Evaluation und Feedback

28

2.3.1. Teamwork und Engagement in den Gruppen

28

2.3.2. Versuchsprotokoll

29

2.3.3. Schriftliche Wiederholungsarbeit („Kurztest“)

29

2.3.4. Gesamtbewertung

30

2.3.5. Feedback durch die SchülerInnen

30

2.3.6. Reflexion der Rolle und Aufgaben als Lehrer

31

3. Zusammenfassung und Fazit

32

4. Anhang

35

4.1. Lehr- und Lernmaterialien 4.1.1. Arbeitsblätter

36 36

4.1.1.1. Einführung und allgemeine Informationen

36

4.1.1.2. Chromatographie

39

4.1.1.3. Destillation

45

4.1.1.4. Extraktion

50

4.1.2. Weitere Lehr- und Lernmaterialien 4.2. Dokumentation des Projektes 4.2.1. Äußere Rahmenbedingungen

55 57 57

4.2.1.1. Der Projektsaal

57

4.2.1.2. Die Versuchsaufbauten

58

4.2.2. Lehr- und Lernmaterialien der Expertengruppen

58

4.2.2.1. Chromatographie

59

4.2.2.2. Destillation

63

4.2.2.3. Extraktion

67

Inhaltsverzeichnis

VI

4.2.3. Ergebnisse der SchülerInnen

68

4.2.3.1. Chromatographie

68

4.2.3.2. Extraktion

70

4.2.4. Impressionen von der Projektarbeit

71

4.3. Bewertung, Evaluation und Feedback

72

4.3.1. Ergebnisse der Projektbewertungen

72

4.3.2. Ergebnisse der Schriftlichen Wiederholungsarbeit („Kurztest“)

74

4.3.3. Statistische Analyse der Schriftlichen Wiederholungsarbeit („Kurztest“) 76 4.3.3.1. Expertengruppenanalyse

76

4.3.3.2. Stammgruppenanalyse

77

4.3.4. Feedback durch die SchülerInnen

78

4.3.4.1. Allgemeine Fragen

79

4.3.4.2. Fragen zur Arbeit in den Expertengruppen bzw. als ExpertIn

80

4.3.4.3. Fragen zur Arbeit in den Stammgruppen

82

4.3.4.4. Allgemeine Fragen zum Gruppenpuzzle und anderen Unterrichtsformen

84

4.4. Epilog

85

Danksagungen

Í

Die beiliegende CD-ROM (hintere Umschlagseite) enthält diese Arbeit im PDF-Format, dazu die im Projekt verwendeten Arbeitsblätter sowie eine allgemeine Version der Arbeitsblätter, ebenfalls im PDF-Format.

Kontakt: [email protected]

Verzeichnis der Abbildungen

Abb. 1.1.: Die fünf Basiselemente kooperativen Lernens Abb. 1.2.: Schematische Darstellung des Gruppenpuzzles Abb. 1.3.: Teilstudien von GriPS II Abb. 2.1.: Schulische Vorbildung der Klasse E2 Abb. 2.2.: Graphische Darstellung 26. Oktober 2006

der

Ergebnisse

der

ersten

Klassenarbeit

vom

Abb. 2.3.: Ganzheitlich-integrative Handlungsfähigkeit Abb. 2.4.: Einteilung physikalischer Trennverfahren in mechanische und physikalische Methoden mit Beispielen Abb. 2.5.: Synoptischer Stundenverlauf für den 1. Termin (Planung für die Expertengruppen) Abb. 2.6.: Synoptischer Stundenverlauf für den 2. Bis 4. Termin (Planung für die Stammpen) Abb. 2.7.: Beispiel für die Zusammensetzung von Stamm- und Expertengruppen Abb. 2.8.: Gewichtung der Schülerleistungen im Projekt Abb. 4.1.: AB Einführung in das Gruppenpuzzle und allgemeine Informationen Abb. 4.2.: Gruppeneinteilung Abb. 4.3.: Aufbau eines Versuchsprotokolls Abb. 4.4.: AB Grundlagen der Chromatographie Abb. 4.5.: AB Papier- und Dünnschichtchromatographie Abb. 4.6.: AB Funktionsweise eines Ionenaustauschers Abb. 4.7.: AB Glossar zur Chromatographie Abb. 4.8.: AB Aufgaben zur Chromatographie Abb. 4.9.: AB Laufzettel zur Chromatographie Abb. 4.10.: AB Grundlagen der Destillation Abb. 4.11.: AB Fraktionierende Destillation und Vakuumdestillation Abb. 4.12.: AB Glossar zur Destillation Abb. 4.13.: AB Aufgaben zur Destillation Abb. 4.14.: AB Laufzettel zur Destillation Abb. 4.15.: AB Grundlagen der Extraktion Abb. 4.16.: AB Flüssig-flüssig- und Feststoffextraktion Abb. 4.17.: AB Glossar zur Extraktion Abb. 4.18.: AB Aufgaben zur Extraktion

Verzeichnis der Abbildungen

VIII

Abb. 4.19.: AB Laufzettel zur Extraktion Abb. 4.20.: Aufnahme von Zirkularchromatogrammen Abb. 4.21.: DC eines Pflanzenfarbstoffextraktes Abb. 4.22.: Handelsüblicher Ionenaustauscher Abb. 4.23.: Haushaltswasserfilter (Fa. BRITA®) Abb. 4.24.: Aufbau der Destillation Abb. 4.25.: Aufbau der fraktionierenden Destillation bzw. Vakuumdestillation Abb. 4.26.: Aufbau der Extraktion Abb. 4.27./4.28.: Blick in den Projektsaal Abb. 4.29.: Blick in Richtung Tafel Abb. 4.30.: „Chemikalienlager“ Abb. 4.31.: Einführung in die Chromatographie [OHP-Folie, M. RECK] Abb. 4.32.: Aufnahme eines Chromatogramms I [OHP-Folie, M. RECK] Abb. 4.33.: Aufnahme eines Chromatogramms II [OHP-Folie, M. RECK] Abb. 4.34.: Chromatographie [Hand-out, D. SCHNIEPP] Abb. 4.35.: Einführung in die Destillation [Hand-out, K. WALTER] Abb. 4.36.: Einführung in die Destillation [Hand-out, S. STOCKHAUS] Abb. 4.37.: Fraktionierende Destillation [Hand-out, S. STOCKHAUS] Abb. 4.38.: Aufbau der Destillation [Teil einer Präsentation, F. FRIEß] Abb. 4.39.: Aufbau der Destillation [Poster, C. BAUER] Abb. 4.40.: Durchführung der Extraktion [Hand-out, J. BERKO] Abb. 4.41.: Aufbau der Extraktion [Poster, J. BERKO] Abb. 4.42.: Zirkularchromatogramm von zwei schwarzen Filzschreibern [Exp.-Gruppe C1] Abb. 4.43.: DC eines schwarzen Filzschreibers auf verschieden beschichteten DC-Platten [Expertengruppe C2] Abb. 4.44. – Abb. 4.45.: DC eines Pflanzenfarbstoffes [Expertengruppen C1 und C2] Abb. 4.46. – Abb. 4.48.: DC-Nachweis von Coffein und Vergleich mit Coffein-Standard [Stammgruppe Herz 2] Abb. 4.49. – Abb. 4.55.: Impressionen von der Projektarbeit Abb. 4.56.: Schriftliche Wiederholungsarbeit („Kurztest“) Abb. 4.57.: Graphische Darstellung der Kurztest-Ergebnisse Abb. 4.58.: AB Feedback Abb. 4.59.: Feedback Projektlänge Abb. 4.60.: Feedback Favorittrennverfahren Abb. 4.61.: Feedback Projektnote Abb. 4.62.: Feedback Schwierigkeitsgrad der Arbeitsblätter

Verzeichnis der Abbildungen

Abb. 4.63.: Feedback Bearbeitungszeit der Aufgaben Abb. 4.64.: Feedback Schwierigkeitsgrad der Arbeitsaufgaben Abb. 4.65.: Feedback Zusammenarbeit in der Expertengruppe Abb. 4.66.: Feedback „Lehrtätigkeit“ als ExpertIn Abb. 4.67.: Feedback Bearbeitungszeit der Aufgaben Abb. 4.68.: Feedback Schwierigkeitsgrad der Aufgaben Abb. 4.69.: Feedback Zusammenarbeit in den Stammgruppen Abb. 4.70.: Feedback „Lehrtätigkeit“ der MitschülerInnen Abb. 4.71.: Feedback Wiederholung des Gruppenpuzzles Abb. 4.72.: Feedback Bewertung anderer Unterrichtsformen

IX

Verzeichnis der Tabellen

Tab. 2.1.: Übersicht über die wichtigsten Chromatographie-Techniken Tab. 2.2.: Organisations- und Zeitplan des Projektes Tab. 4.1.: Bewertung der Schülerleistungen Tab. 4.2.: Durchschnittsbewertungen unter Berücksichtigung der Schulherkunft Tab. 4.3.: Punkteverteilung nach Aufgaben und Expertengruppen Tab. 4.4.: Expertengruppenanalyse Tab. 4.5.: Stammgruppenanalyse Tab. 4.6.: Begründungen der Projektnote

Quellenangaben

ALLGEMEINES ARDELT, CORDULA et al. (2001): „PISA 2000. Zusammenfassung zentraler Befunde“. Berlin: MAXPLANCK-Institut für Bildungsforschung. ARONSON, ELLIOT (2000): „History of the Jigsaw Classroom“. URL: http://www.jigsaw.org/ history.htm. (31.05.2007) BAUMERT, JÜRGEN et al. (2001): „PISA 2000. Basiskompetenzen von Schülerinnen und Schülern im internationalen Vergleich“. Opladen: Leske + Budrich. BERCHTOLD, STEPHAN & MICHAELA STOCK (2006): „Wo ist das Denken im handlungsorientierten Unterricht?“. In: TADE TRAMM & FRANZ GRAMLINGER (Hrsg.): Lernfirmen. Berufs- und Wirtschaftspädagogik – online. Ausgabe Nr. 10, Juli 2006. URL: http://www.bwpat.de/ausgabe10/ berchtold_stock_bwpat10.pdf. (31.05.2007) BERGER, ROLAND & MARTIN HÄNZE (2003): „Motivation, Lernen und Leistung im kooperativen Physikunterricht“. URL: http://www.physik.uni-kassel.de/did1/Berger/grips/GDCP2003.pdf (31.05.2007) BERGER, ROLAND & MARTIN HÄNZE (2004): „Das Gruppenpuzzle im Physikunterricht der Sekundarstufe II – Welche Unterschiede gibt es zum Lernzirkel?“. URL: http://www.physik.uni-kassel.de/ did1/Berger/grips/GDCP2004.pdf. (31.05.2007) BERGER, ROLAND & MARTIN HÄNZE (2005): „Frontalunterricht oder Gruppenarbeit: was ist besser?“. Praxis der Naturwissenschaften – Physik in der Schule 54 (8), 24 – 28. DECI, EDWARD L. & RICHARD M. RYAN (1993): „Die Selbstbestimmungstheorie der Motivation und ihre Bedeutung für die Pädagogik“. Zeitschrift für Pädagogik 39, 223 – 238. DEWEY, JOHN (1897): „The Early Works, 1882 – 1892. Pt. 5: 1895-1898. Early Essays“. Carbondale & Edwardsville: Southern Illinois University Press 1972, S. 84 – 95. DIETZEN, AGNES (1999a): „Stellenanzeigenanalyse – eine effektive Methode zur Früherkennung des Qualifikationsbedarfs“. In: Wandel beruflicher Anforderungen. Der Beitrag des BIBB zum Aufbau eines Früherkennungssystems Qualifikationsentwicklung. Hrsg.: LAZLO ALEX & HENNING BAU, Bielefeld: Bertelsmann, S. 13 – 33.

Quellenangaben

XII

DIETZEN, AGNES (1999b): „Zur Nachfrage nach überfachlichen Qualifikationen und Kompetenzen in Stellenanzeigen“. In: Wandel beruflicher Anforderungen. Der Beitrag des BIBB zum Aufbau eines Früherkennungssystems Qualifikationsentwicklung. Hrsg.: LAZLO ALEX & HENNING BAU, Bielefeld: Bertelsmann, S. 33 – 61. DIETZEN, AGNES (1999c): „Zukunftsqualifikationen in Stellenanzeigen“. Der Ausbilder 47 (3), S. 4 – 10. DIETZEN, AGNES (1999d): „Überfachliche Qualifikationen – eine Hauptanforderung in Stellenanzeigen“. Berufsbildung in Wissenschaft und Praxis 28 (3), S. 13 – 18. DOBISCHAT, ROLF & STEFAN NAEVECKE (2000): „Abschlussbericht zum Projekt „Nachfrage und Angebot moderner und modernisierungsrelevanter Qualifikationen insbesondere in Wachstumsbranchen NRWs“. Bielefeld: Arbeitsgemeinschaft für Forschung zu handlungsorientiertem Lernen und Organisationsentwicklung e.V., S. 141 – 197. DORS, MAREN (2007): „Unterrichtmethoden auf dem Prüfstand“. Klett-Themendienst 37 (2), S. 13 – 14. GIESEN, HEINRICH et al. (2000): „Evaluation des Gruppenpuzzles als kooperative Unterrichtsform an Grundschulen. Eine quasiexperimentelle Untersuchung zu Leistungseffekten“. In: RAINER K. SILBEREISEN (Hrsg.), Bericht über den 42. Kongress der Deutschen Gesellschaft für Psychologie in Jena 2000. Lengerich: Pabst Science Publishers. GREEN, KATHY & NORM GREEN (2004): „Kooperatives Lernen und Demokratie“. URL: http://www. learn-line.nrw.de/angebote/greenline/lernen/downloads/ger_cl_democracy.pdf. (31. 05. 2007) GREEN, NORM (2004a): „Der Unterschied zwischen Kooperativem Lernen und Gruppenarbeit besteht in den 5 grundlegenden Elementen“. URL: http://www.learn-line.nrw.de/angebote/greenline/ lernen/downloads/ger_the_difference.pdf. (31.05.2007) GREEN, NORM (2004b): „Ergebnisse aus der Lernforschung“. URL: http://www.learn-line.nrw.de/ angebote/greenline/lernen/grund/forschung.html (Kurzversion) bzw. http://www.learnline.nrw.de/angebote/greenline/lernen/downloads/forsch_3.pdf (ausführliche Übersicht). (31.05.2007) HINZE, UDO, GEROLD BLAKOWSKI & MICHAEL BISCHOFF (2002): „Gruppenarbeitstechnik „Gruppenpuzzle“ im CSCL“. In: M. HERCZEG, W. PRINZ & H. OBERQUELLE (Hrsg.): Mensch & Computer 2002: Vom interaktiven Werkzeug zu kooperativen Arbeits- und Lernwelten. Stuttgart: Teubner, S. 353-362. URL: http://mc.informatik.uni-hamburg.de/konferenzbaende/mc2002/konferenzband/mc2002_05_paper/mc2002-33-hinzeetal.pdf. (31.05. 2007) HOLLIDAY, DWIGHT C. (2000): „The Development of Jigsaw IV in a Secondary Social Studies Classroom“. URL: http://eric.ed.gov/ERICDocs/data/ericdocs2/content_storage_01/0000000b/ 80/23/96/bf.pdf. (31.05.2007)

Quellenangaben

XIII

JOHNSON, DAVID W., ROGER T. JOHNSON & MARY BETH STANNE (2000): „Cooperative Learning Methods: A Meta-Analysis“. URL: http://www.co-operation.org/pages/cl-methods.html. (31.05.2007) JOHNSON, ROGER T. & DAVID W. JOHNSON (1994): „An Overview of Cooperative Learning“. URL: http://www.co-operation.org/pages/overviewpaper.html. (31.05.2007) KLIPPERT, HEINZ (2002): „Teamentwicklung im Klassenraum. Übungsbausteine für den Unterricht.“ 7. Auflage 2002. Weinheim: Beltz. MINISTERIUM FÜR KULTUS, JUGEND UND SPORT BADEN-WÜRTTEMBERG (2003): „Bildungsplan für das berufliche Gymnasium der sechs- und dreijährigen Aufbauform.“ K.u.U., LPH 1/2003, Reihe I Nr. 25, Band 1 vom 26.08.2003. (Zitiert als BILDUNGSPLAN CHEMIE 2003) MARTIN, JEAN-POL (2002): „Lernen durch Lehren (LdL)“. Die Schulleitung – Zeitschrift für pädagogische Führung und Fortbildung in Bayern 29 (4), 1 – 10. MEYER, HILBERT (1996): „Gruppenpuzzle“. URL: http://www.member.uni-oldenburg.de/ hilbert.meyer/download/Gruppenpuzzle.pdf. (31.05.2007) OECD (1999): „Measuring Student Knowledge and Skills. A New Framework for Assessment“. Paris: OECD Publications Service. PAULI, CHRISTINE & KURT REUSSER (2000): „Zur Rolle der Lehrperson beim kooperativen Lernen“. Schweizerische Zeitschrift für Bildungswissenschaften 22 (3), 421 – 442. PETERSZEN, WILHELM H. (2001): „Kleines Methoden-Lexikon“. München: Oldenbourg. REICH, KERSTEN (2003a): „Konstruktiver Methodenpool“. URL: http://www.uni-koeln.de/ew-fak/ konstrukt/didaktik/index.html. (31.05.2007) Dieser Methodenpool findet sich auch auf der CDROM zu: REICH, KERSTEN (2006): „Konstruktivistische Didaktik. Lehr- und Studienbuch mit Methodenpool.“ 3. Auflage 2006. Weinheim: Beltz. REICH, KERSTEN (2003b): „Theoretische und praktische Begründung der Gruppen-Experten-Rallye“. URL: http://www.uni-koeln.de/ew-fak/konstrukt/didaktik/rallye/frameset_rallye.html. (31.05.2007) RENKL, ALEXANDER, HANS GRUBER & HEINZ MANDL (1995): „Kooperatives problemorientiertes Lernen. Forschungsbericht Nr. 46“. München: Institut für Pädagogische Psychologie und Empirische Pädagogik der Ludwig-Maximilians-Universität. SLAVIN, ROBERT E. (1995): „Cooperative Learning: theory, research and practice“. Boston: Allyn & Bacon, 2nd Ed. STEINBRINK, J. E., S. K. WALKIEWICZ, & R. J. STAHL (1995): „Jigsaw III = Jigsaw II + Cooperative Test Review: Applications to the language arts classroom“. In: R. J. Stahl (Ed.), Cooperative Learning in language arts. A Handbook for teachers. (S. 159 – 179). Menlo Park: AddisonWesley Publishing Company.

Quellenangaben

XIV

WODZINSKI, RITA (2005): „Gruppenpuzzle – ein Einstieg in kooperatives Lernen“. Beitrag auf der 33. Landesverbandstagung des Deutschen Vereins zur Förderung des mathematischen und naturwissenschaftlichen Unterrichts (MNU). Fulda 2005. URL: http://www.mnu.de/ download.php?datei=137&myaction=save. (31.05.2007)

CHROMATOGRAPHIE BLAICH, ROLF (2000): „Wichtige Trennverfahren für Stoffgemische“. URL: http://www.unihohenheim.de/lehre370/weinbau/messen/4trennvv.htm. (31.05.2007) BLUME, RÜDIGER & BERND SCHWARZ (2000): „Ionenaustauscher“. URL: http://dc2.uni-bielefeld.de/iat/ index.html. (31.05.2007) BLUME, RÜDIGER & STEPHANIE WEICK (2004): „Chromatographie – Farben auf Wanderschaft“. URL: http://dc2.uni-bielefeld.de/dc2/chromato/index.html. (31.05.2007) EISNER, WERNER et al. (2000): „Elemente Chemie II. Unterrichtswerk für die Sekundarstufe II“. Stuttgart: Klett, S. 20 – 25. HÜBL, WOLFGANG (2004): „Chromatographische Techniken in der Labormedizin“. URL: http://www.med4you.at/laborbefunde/techniken/chromatographie/lbef_chromatographie.htm. (31.05.2007) INSTITUT FÜR BIOCHEMIE DER DEUTSCHEN SPORTHOCHSCHULE KÖLN (2007): „Chromatographische Methoden“. URL: http://www.dshs-koeln.de/biochemie/rubriken/00_home/00_gas.html. (31.05.2007) KEMNITZ, ERHARD & RÜDIGER SIMON (2004): „Duden: Basiswissen Schule. Chemie Abitur“. Berlin: PAETEC, S. 438 – 442. KREITMEIER, PETER et al. (2006): „Arbeitsmethoden in der Organischen Chemie“. Berlin: Lehmanns, S. 177 – 216. URL: http://www.ioc-praktikum.de/methoden/skript/Arbeitsmethoden.pdf. (31.05.2007) SCHÄNZER, WILHELM (2000): „Dünnschicht-Chromatographie von Coffein“. URL: http://www.dshskoeln.de/biochemie/rubriken/00_home/00_chr01.pdf. (31.05.2007) WIKIPEDIA – DIE FREIE ENZYKLOPÄDIE (2007): „Chromatografie“. URL: http://de.wikipedia.org/wiki/ Chromatografie. (31.05.2007) WIKIPEDIA – DIE FREIE ENZYKLOPÄDIE (2007): „Dünnschichtchromatografie“. http://de.wikipedia.org/wiki/Dünnschichtchromatografie. (31.05.2007)

URL:

WIKIPEDIA – DIE FREIE ENZYKLOPÄDIE (2007): „Ionenaustauscher“. URL: http://de.wikipedia.org/wiki/ Ionenaustauscher. (31.05.2007)

Quellenangaben

XV

WIKIPEDIA – DIE FREIE ENZYKLOPÄDIE (2007): „Papierchromatografie“. URL: http://de.wikipedia.org/ wiki/Papierchromatografie. (31.05.2007)

DESTILLATION KREITMEIER, PETER et al. (2006): „Arbeitsmethoden in der Organischen Chemie“. Berlin: Lehmanns, S. 77 – 128. URL: http://www.ioc-praktikum.de/methoden/skript/Arbeitsmethoden.pdf. (31.05.2007) WIKIPEDIA – DIE FREIE ENZYKLOPÄDIE (2007): „Azeotrop“. URL: http://de.wikipedia.org/wiki/ Azeotrop. (31.05.2007) WIKIPEDIA – DIE FREIE ENZYKLOPÄDIE (2007): „Destillation“. URL: http://de.wikipedia.org/wiki/ Destillation. (31.05.2007) WIKIPEDIA – DIE FREIE ENZYKLOPÄDIE (2007): „Fraktionierte http://de.wikipedia.org/wiki/Fraktionierte_Destillation. (31.05.2007)

Destillation“.

URL:

WIKIPEDIA – DIE FREIE ENZYKLOPÄDIE (2007): „Gegenstrom“. URL: http://de.wikipedia.org/wiki/ Gegenstrom. (31.05.2007) WIKIPEDIA – DIE FREIE ENZYKLOPÄDIE (2007): „Rektifikation“. URL: http://de.wikipedia.org/wiki/ Rektifikation. (31.05.2007) WIKIPEDIA – DIE FREIE ENZYKLOPÄDIE (2007): „Vakuumdestillation“. URL: http://de.wikipedia.org/ wiki/Vakuumdestillation. (31.05.2007) WIKIPEDIA – DIE FREIE ENZYKLOPÄDIE (2007): „Wasserstrahlpumpe“. URL: http://de.wikipedia.org/ wiki/Wasserstrahlpumpe. (31.05.2007)

EXTRAKTION THE CHEMICAL ENGINEERING GROUP, INSTITUTE OF CHEMISTRY, TECHNICAL UNIVERSITY OF BERLIN (2004): „Extraktion“. URL: http://www.tu-berlin.de/~itc/lehre_tc/Praktikums-Skripte/Verfahrenstechnik/ Extraktion.pdf. (31.05.2007) EBINGER, JAN (o.J.): „Extraktion von Fett aus Erdnüssen“. URL: http://www.uni-tuebingen.de/AKMeyer/pdf/di11.pdf. In: HANS-JÜRGEN MEYER: „Schülerferienlabor. Rohstoffe und Anwendungen“. URL: http://www.uni-tuebingen.de/AK-Meyer/html/slabor.htm. (31.05.2007)

Quellenangaben

XVI

ERNST-BERL-Institut für Technische und Makromolekulare Chemie der Technischen Universität Darmstadt: „Grundpraktikum Technische Chemie. Anleitung zum Versuch Extraktion“. URL: http://www.ct.chemie.tu-darmstadt.de/local/grundpraktikum/extraktion.pdf (31.05.2007) KREITMEIER, PETER et al. (2006): „Arbeitsmethoden in der Organischen Chemie“. Berlin: Lehmanns, S. 167 – 176. URL: http://www.ioc-praktikum.de/methoden/skript/Arbeitsmethoden.pdf. (31.05.2007) SCHILLING, BERND (1999): „Praktikum Elemente Chemie“. Stuttgart: Klett, S. 100 – 101. WIKIPEDIA – DIE FREIE ENZYKLOPÄDIE (2007): „Kritischer Punkt http://de.wikipedia.org/ wiki/Wasserstrahlpumpe. (31.05.2007)

(Thermodynamik)“.

WIKIPEDIA – DIE FREIE ENZYKLOPÄDIE (2007): „Extraktion (Verfahrenstechnik)“. http://de.wikipedia.org/wiki/Kritischer_Punkt_(Thermodynamik). (31.05.2007)

URL:

URL:

Abstract

Das Gruppenpuzzle (engl. jigsaw ) wurde von einer Forschergruppe um den amerikanischen Sozialpsychologen ELLIOT ARONSON als Unterrichtsmethode für die Schule entwickelt. Mit dieser kooperativen Lernmethode sollte prosoziales Verhalten in multiethnischen Klassen gefördert und der Selbstwert der Schüler gesteigert sowie ihre Leistungen verbessert werden. Aus dem Gruppenpuzzle wurde eine Vielzahl weiterer kooperativer Methoden entwickelt.

Das Gruppenpuzzle wird in dieser Arbeit benutzt, um mit Schülerinnen und Schülern der Eingangsklasse eines Technischen Gymnasiums auf experimentellem Wege drei physikalische Trennverfahren (Chromatographie, Destillation und Extraktion) in einem zeitlichen Umfang von acht Unterrichtsstunden zu vertiefen. Eine schriftliche Wiederholungsarbeit rundet das Projekt als Kontrolle ab. Eine intensive Internetrecherche ergibt, dass zu Projekten dieser Art („experimentelles Gruppenpuzzle“) bislang keine Publikationen und Verweise existieren

Das Projekt zeigt, dass die Schülerinnen und Schüler konzentriert über einen längeren Zeitraum an einem Thema erfolgreich arbeiten können. Nach überwiegender Einschätzung der Lernenden ist die Auseinandersetzung mit physikalischen Trennverfahren in Form eines Gruppenpuzzles ein Erfolg.

Die statistische Analyse der Testergebnisse unter Berücksichtigung der zuvor besuchten Schulform zeigt, dass ein erheblicher Leistungsgradient zwischen ehemaligen Gymnasiastinnen und Gymnasiasten und Schülerinnen und Schülern der Werkrealschule besteht: Absolventinnen und Absolventen der Werkrealschule schneiden in allen Bereichen bedeutend schlechter ab. Schülerinnen und Schüler, die von der Werkrealschule auf das Technische Gymnasium wechseln, müssen daher speziell in der Eingangsklasse besonders gefördert werden, um die Chancengleichheit zu wahren.

1. Einführung

1. Einführung

1.1.

2

NOTWENDIGKEIT EINES PARADIGMENWECHSELS IM UNTERRICHTSVERSTÄNDNIS

„…analytische und konzeptionelle Fähigkeiten (…), ein selbständiger und teamorientierter Arbeitsstil (…) runden Ihr persönliches Profil ab.“

„…ausgeprägtes, analytisches Denkvermögen (…), hohes Maß an Selbstständigkeit, Einsatzfreude sowie Team- und Kommunikationsfähigkeit…“

„…analytisches und konzeptionelles Denkvermögen sowie die Fähigkeit zur Strukturierung komplexer Sachverhalte…“

Die oben auszugsweise wiedergegebenen Stellenanzeigen der jüngsten Zeit1 verdeutlichen selbst in ihrer Knappheit, dass zu Beginn des 21. Jahrhunderts andere Erwartungen an AbsolventInnen von Schulen und Hochschulen gestellt werden, als noch vor 20 oder 25 Jahren (DIETZEN 1999a-d und DOBISCHAT & NAEVECKE 2000). Streng arbeitsteilige Strukturen mit hohem Bedarf an SpezialistInnen sind integrativen Arbeitskonzepten mit komplexen Tätigkeitsprofilen gewichen, die ein hohes Maß von Kooperation innerhalb einer (Arbeits-)Gruppe, aber auch zwischen verschiedenen Teams verlangen. Als eine der wichtigsten Schlüsselqualifikationen (und grundlegende Voraussetzung für Erfolge im Berufsleben) wird diese Teamfähigkeit auch nachdrücklich von Arbeitgebern eingefordert. Schule und Unterricht müssen diesen Bedürfnissen gerecht werden, indem sie autonomes, ganzheitliches und kooperatives Lernen der SchülerInnen fördern und von diesen fordern. Als Konsequenz für den Unterricht bedeutet dies, dass die Verantwortung der Lernenden für das eigene Lernen gestärkt werden muss, aber auch: Kooperation muss geübt werden. Eine 1996 von MEYER durchgeführte Analyse zeigt jedoch, dass Unterricht zu mehr als drei Vierteln in Form frontaler Unterweisung durchgeführt wird, während auf Methoden, die ein gemeinsames (Er-)Arbeiten der SchülerInnen unterstützen, nur etwa 10 % der Unterrichtszeit verwandt werden2. Das Umdenken, fort von der traditionellen zentralen Wissensvermittlung als Inst ruktion (d.h. rezeptive Haltung der Lernenden mit einer a-priori -Linearität – dem linearen Frontalunterricht mit dem Lehrer als zentraler Unterrichtsperson) hin zu einer kollektiven Wissenskonstruktion (d.h. selbstorganisiertes Lernen, dezentrale Informationsquellen mit einer a-posteriori -Linearität – der

1

Aus: Frankfurter Allgemeine Zeitung vom 17. Februar 2007. Prinzipiell lässt sich dieser Trend auch bei Stellenangeboten regionalen Charakters für Bewerber mit mittlerem Bildungsabschluss bzw. bei Auszubildendengesuchen nachweisen.

2

Nach MEYER entfallen 76,46 % der Unterrichtszeit auf Frontalunterricht, 10,24 % auf Einzelarbeit und 2,88 % auf Partnerarbeit; nur 7,43 % sind Gruppenarbeit und 2,60 % Klassenkooperation vorbehalten. Es ist aber unsicher, ob der Autor in seiner Untersuchung Gruppenarbeit und Klassenkooperation als kooperatives Lernen im Sinne von N. GREEN und D. und R. JOHNSON meint.

1. Einführung

3

Sammlung und Ordnung von Informationen und deren Umwandlung in Wissen), hat augenscheinlich bislang nur ansatzweise stattgefunden. Offensichtlich besitzt Deutschland in dieser Hinsicht einen erheblichen Nachholbedarf. Das schlechte Abschneiden deutscher SchülerInnen in der PISA-Studie des Jahres 2000 (Platz 20 von 31 im internationalen Vergleich der naturwissenschaftlichen Grundbildung [scientific literacy 1]) sei zu großen Teilen auch auf die Ausrichtung und Gestaltung des naturwissenschaftlichen Unterrichtes zurückzuführen. Dieser sei „noch zu wenig problem- und anwendungsorientiert angelegt.“ Darüber hinaus gelte es, „die erkennbare Neigung zum fragend-entwickelnden Unterricht zu überwinden und durch Anwendungsbezug, Problemorientierung und Betonung mentaler Modelle das Interesse an den Naturwissenschaften (…) zu fördern“. (ARDELT et al. 2001, S. 32) Eine genauere Analyse der Ergebnisse aus den PISA-Untersuchungen zeigt, dass die deutschen Leistungen nicht nur unterdurchschnittlich sind, sondern auch, dass deutsche SchülerInnen in den oberen Kompetenzstufen III bis V (mit überwiegend konzeptuellem und prozeduralem Verständnis) deutlich unterrepräsentiert sind (ARDELT et al. 2001, S. 29).

1.2.

KOOPERATIVES LERNEN ALS KONSEQUENZ „There’s nothing really new under the sun.“ NORM GREEN

Neue, kooperative Lehr- und Lernmethoden helfen die gefragten kooperativen Qualifikationen zu vermitteln. PAULI und REUSSER (2000) definieren kooperatives Lernen als „Lernarrangements (…), die eine synchrone und koordinierte, ko-konstruktive Aktivität der Teilnehmer verlangen, um eine gemeinsame Lösung eines Problems oder ein geteiltes Verständnis einer Situation zu entwickeln“. Dabei wenden sie den Schlüsselbegriff sowohl auf Gruppen- als auch auf Partnerarbeitsformen im Unterricht an. Entgegen einer häufig vertretenen Auffassung ist kooperatives Lernen aber nicht wirklich neu, vielmehr sickert langsam aber sicher dessen Notwendigkeit in die Köpfe der Entscheidungsträger. Ganz im Sinne der von der OECD geforderten lebenslangen Lernkultur forderte der amerikanische

1

Die OECD definiert diese wie folgt: „Scientific literacy is the capacity to use scientific knowledge, to identify questions and to draw evidence-based conclusions in order to understand and help make decisions about the natural world and the changes made to it through human activity.” (OECD 1999, S. 59 – 61)

1. Einführung

4

Pädagoge DEWEY1 schon 1897 in seinem „pädagogischen Glaubensbekenntnis“ (pedagogic creed ), den Schwerpunkt des Lernens eher auf das wie, weniger auf das was zu legen. Kooperatives Lernen als komplexe Lehr- und Lernstrategie behandelt fachliche, methodische und soziale Lernziele als gleichberechtigte Lerninhalte. Durch wechselseitigen Austausch von Kenntnissen und Fähigkeiten wird das gemeinsame Gruppenziel, gleichzeitig aber auch eine hohe interaktionale und kommunikative Aktivierung der Schüler erreicht. Das langfristige Ziel ist die Befähigung zum selbstorganisierten und autonomen Lernen. Die „geistigen Väter“ dieser Lernstrategie, ROBERT T. JOHNSON und DAVID W. JOHNSON, nennen fünf Basiselement e (JOHNSON & JOHNSON 1994), die nach N. GREEN den Unterschied zwischen koopera-tivem Lernen und „bloßer“ Gruppenarbeit ausmachen (GREEN 2004a):

BASISELEMENTE

Direkte Interaktion

Soziale Kompetenzen

Gruppenprozessbewertung

Individuelle Verantwortlichkeit

Positive Abhängigkeit

KOOPERATIVEN LERNENS

Abb. 1.1.: Die fünf Basiselemente kooperativen Lernens

1. Positive Abhängigk eit (positive interdependance ), das wichtigste Charakteristikum kooperativen Lernens, meint das Verbundenheitsgefühl in der Lerngruppe. Der Erfolg der Gruppe führt über den Erfolg des Einzelnen: die Arbeit des Gruppenmitglieds nutzt der Gruppe, die Arbeit der Gruppe deren Mitgliedern; die Bemühungen der einzelnen Gruppenmitglieder müssen also koordiniert werden. 2. Individuelle Verant wortlichkeit (individual accountability ) – diese ist eng an die positive Abhängigkeit gekoppelt: Die Gruppe muss dafür verantwortlich sein, ihr Ziel zu erreichen, und jedes Gruppenmitglied muss sich gleichermaßen verpflichtet fühlen, seinen Anteil an der Arbeit zu leisten, es gibt also zwei Ebenen der Verantwortung.

1

Er stellte auch die These auf, dass gemeinsames Erforschen demokratische Lernkultur und damit Demokratie fördere. Somit ist kooperatives Lernen auch Bestandteil der civic education . Nach KATHY und NORM GREEN sind aber gerade die autokratischen Lernstrukturen und Methoden denkbar ungeeignet, den Schülern Demokratieverständnis zu vermitteln (GREEN & GREEN 2004).

1. Einführung

5

3. Gruppenprozessbewert ung (group processing ) – diese findet statt, wenn die Mitglieder der Gruppe ihre Zielvorgaben und/oder eigenen Zielsetzungen selbst evaluieren, z.B. im Hinblick darauf, welche Handlungen hilfreich und welche weniger hilfreich waren. 4. Soziale Kompetenzen (social skills ): Kooperatives Lernen ist komplexer als individuelles oder kompetitives Lernen. Aufgaben wie Führen und Entscheiden innerhalb der Gruppe, Konfliktmanagement und Kommunikation sind wichtige Bestandteile. 5. Direkte Interaktion (face-to-face-interaction ): Durch gegenseitige Hilfe und Ermunterung, ebenso wie durch gegenseitiges Kontrollieren und Korrigieren und gemeinsamen Zugriff auf Ressourcen usw. treten die SchülerInnen schließlich in unmittelbare Wechselbeziehung. Mittlerweile sind Dutzende von kooperativen Lehr- und Lernmethoden eingeführt und evaluiert. Zu den bekanntesten und häufig im Schulalltag angewandten Methoden zählen sicherlich die Projektarbeit, der Lernzirkel (auch Lernen an Stationen genannt) oder Lernen durch Lehren (MARTIN 2002). Im Konstruktiven Methodenpool des Seminars für Pädagogik der Universität Köln werden eine Vielzahl dieser Lernarrangements erläutert (REICH 2003a). R. T. und D. W. JOHNSON vergleichen in ihren Artikeln „An Overview of Cooperative Learning “ (1994) und „Cooperative Learning Methods: A Meta Analysis “ (2000) kooperative Ansätze mit traditionellen kompetitiven und individualisierten Verfahren. Diese Meta-Analyse von mehr als 600 Studien belegt die positiven Effekte des kooperativen Lernens auf die SchülerInnen: Entwicklung eines Verpflichtungs- und Verantwortungsgefühls gegenüber den anderen Gruppenmitgliedern – unabhängig von der ursprünglichen Einstellung verbesserte Beziehung der Lernenden untereinander – unabhängig von Unterschieden in Fähigkeiten, Geschlecht, ethnischer Zugehörigkeit, sozialer Schicht oder Aufgabenstellung erhöhtes Bewusstsein für andere Standpunkte und abweichende Sichtweisen höheres Leistungsvermögen und Selbstwertgefühl, bei gleichzeitig größerer Akzeptanz von Leistungsunterschieden Die Autoren betonen insebesondere auch die größere Effektivität von kooperativen Methoden in Mathematik und den Naturwissenschaften. Weitere Forschungsergebnisse zitiert GREEN (2004b) abstractartig in seinem Internetportal zu kooperativen Lehr- und Lernmethoden.

1. Einführung

1.3.

6

KOOPERATIVES LERNEN VERSUS GRUPPENARBEIT „Nur weil wir Schülerinnen und Schüler in Gruppen einteilen, heißt das noch nicht, dass sie als Team arbeiten.“ NORM GREEN

Das Zitat entlarvt die weit verbreitete (irrige) Annahme, dass „bloße“ Gruppenarbeit im herkömmlichen Sinne schon den Anforderungen von kooperativem Lernen genüge1. Dabei ist jeder Lehrende – unabhängig von der Erfahrung – mit den Phänomenen und Problemen konventioneller Gruppenarbeit (verkürzt nach RENKL, GRUBER und MANDL 1995) vertraut: Einigen Gruppenmitgliedern ist es möglicherweise wichtiger als anderen, ein gutes Ergebnis zu erzielen; diesen wird dann gerne die (Haupt-)Arbeit überlassen (eventuell auch „aufgebürdet“). Dies ist der sogenannte Free-rider -Effekt oder auch das Der-Hans-dermacht’s-dann-eh-Phänomen.
Die Ergebnisse der Gruppenarbeit widerspiegeln nicht den Wissensstand der Gruppenmitglieder. Dies wird von den Lehrkräften aber gerne stillschweigend vorausgesetzt. Vielleicht „reißen“ diese ziel- und ergebnisorientierten Gruppenmitglieder die Arbeitsaufgabe aber auch an sich, weil ihnen die Beiträge ihrer MitschülerInnen nicht gut genug sind oder es ihnen nicht schnell genug vorangeht. In diesem Fall spricht man vom MatthäusEffekt oder Da-mach-ich-es-doch-gleich-lieber-selbst-Phänomen.
Wer schon viel weiß und kann, lernt viel – wer wenig weiß und kann, lernt fast nichts. Es besteht die Gefahr, dass diejenigen, die die Hauptlast der Arbeit zu tragen haben (nicht zwangsläufig die im letzten Punkt genannten SchülerInnen), zunehmend verärgert reagieren. Dieser Succer -Effekt wird auch Ja-bin-ich-denn-der-Depp-Phänomen genannt und kann auch eine Folge des Free-rider -Effektes sein.
Der Motivationsverlust besitzt eine autokatalytische (negative) Wirkung auf die Einstellung der aktiven SchülerInnen zum Projekt und zur Gruppenarbeit im allgemeinen. Die Arbeit wird häufig so verteilt, dass diejenigen genau die Aufgaben übernehmen, die sie ohnehin schon beherrschen bzw. deren Bearbeitung ihnen leicht fällt (intrapersonaler Matthäus-Effekt oder Das-kann-und-mag-ich-nicht-mach’-du-Phänomen).
Was man gut kann, lernt man noch besser – was man nicht gut kann, lernt man wieder nicht. Daneben berichten die Autoren von weiteren, subalternen Effekten, auf die hier nicht weiter eingegangen werden kann.

1

Diese Erfahrung konnte der Verfasser auch in Interviews mit Kolleginnen und Kollegen machen.

1. Einführung

1.4.

7

GRUPPENPUZZLE NACH ARONSON „If each student’s part is essential, then each student is essential; and that is precisely what makes this strategy so effective.“ ELLIOT ARONSON 1

Die Lehr- und Lernmethode Gruppenpuzzle (im Original Jigsaw Classroom ) wurde 1971 von ARONSON

und Mitarbeitern in Austin, Texas, entwickelt, um Spannungen zwischen Schülern unterschied-

lichster Herkunft (Weiße, Afroamerikaner und Amerikaner spanischer Abstammung) zu lösen2. Das grundlegende Prinzip besteht in einer doppelten Gruppenstruktur mit einer Kombination aus Gruppenarbeit und autonomem Lernen: Wissensaufnahme und Wissensverarbeitung in themengleichen Expertengruppen einerseits und Wissensvermittlung und Wissensaustausch in sogenannten Stammgruppen andererseits.

Init ialphase in den Stammgruppen: Problemstellung

Lernphase in den Expert engruppen: spezifische Themenbearbeitung

Präsentat ionsphase in den Stammgruppen: Informat ion über Ergebnisse Abb. 1.2.: Schematische Darstellung des Gruppenpuzzles

Der zu behandelnde Stoff wird in einzelne voneinander unabhängige Themen aufgeteilt und für die Expertengruppen didaktisch aufbereitet. In der Präsentationsphase liefern die Beiträge der Exper1

REICH (2003a) bezeichnet diese Methode als Gruppen-Experten-Rallye.

2

ARONSON (2000) nennt als Grund „absolute necessity to help defuse an explosive situation“.

1. Einführung

8

ten (die „Puzzleteile“) in den Stammgruppen dann ein Gesamtbild1 des Themas (das „fertige Puzzle“). Ein Test schließt als Kontrolle das Verfahren ab und überprüft dessen Wirksamkeit. Die Besonderheiten undVorteile des Gruppenpuzzles werden schnell deutlich: Autonomes Lernen (in Experten- und Stammgruppen) fördert nachhaltiges Lernen (bei gleichzeitiger gegenseitiger Unterstützung).

Teamwork ist für den Lernerfolg unverzichtbar: In den Expertengruppen ist die Zusammenarbeit wichtig, um einen komplexen Sachverhalt gemeinsam zu durchdringen, zu verstehen und darüber hinaus eventuell Materialien für die MitschülerInnen zu erarbeiten (z.B. Poster, Folien, Präsentationen usw.) – in den Stammgruppen ist sie wichtig, weil der Lernerfolg der Gruppenmitglieder an die jeweiligen Experten geknüpft ist und damit das „Ausklinken“ Einzelner unwahrscheinlicher wird. Die Einbeziehung aller SchülerInnen führt zur Integration von möglichen Außenseitern, aber auch stille oder schüchterne SchülerInnen werden gefordert, sich zu äußern und ein Thema in ihrer Stammgruppe vorzustellen. Gleichzeitig jedoch ist der Kreis, vor dem präsentiert wird, mit drei bis vier MitschülerInnen überschaubar und hilft so, Ängste abzubauen und das Selbstbewusstsein zu stärken. REICH (2003b) nennt außerdem weitere Vorteile: Umgang mit Texten und Herausfiltern wichtiger Informationen und Inhalte aus diesen Vermittlung von zusätzlichen Kompetenzen sozialer, fachlicher und didaktischer Art Mittlerweile sind Modifikationen des ursprünglichen Gruppenpuzzles unter den Bezeichnungen Jig-

saw II (SLAVIN 1995), III (STEINBRINK, WALKIEWICZ & STAHL 1995) und IV (HOLLIDAY 2000) publiziert worden.

1.5.

WIRKSAMKEIT DES GRUPPENPUZZLES

Die empirische Evaluation kooperativer Lernmethoden in Deutschland ist auch im Jahre 2007 weitgehend fragmentarisch (HINZE, BLAKOWSKI & BISCHOFF 2002). In diesem Abschnitt sollen aber dennoch einige interessante Ergebnisse präsentiert und ein Projekt zur Förderung des Gruppenpuzzles vorgestellt werden.

1

Erfahrungsgemäß geschieht es nicht selten, dass die SchülerInnen von sich aus einen Aspekt des Themas in den Mittelpunkt stellen. Daher ist es wichtig, die essentiellen Fakten, die vermittelt werden m ü s s e n , abzustecken. Letztlich wird aber jede Expertengruppe ein Thema auf ihre Weise angehen.

1. Einführung

9

Die Projektgruppe Kooperatives Lehren und Lernen am Institut für Pädagogische Psychologie der Universität Frankfurt (Main) unter der Leitung von Prof. Dr. HEINZ GIESEN konnte bei einer quasi-experimentellen Untersuchung zu Leistungseffekten des Gruppenpuzzles folgende Punkte herausarbeiten (GIESEN 2000): Kooperativer Unterricht (in Form von Gruppenpuzzlen) führt zu signifikant besseren und andauernden Ergebnissen. Der Leistungsvorsprung des kooperativen Unterrichts ist unabhängig vom Vorwissensniveau. Die Arbeitsgruppe Physikdidakt ik der Universität Osnabrück unter der Leitung von Prof. Dr. ROLAND BERGER hat in Zusammenarbeit mit der Arbeitsgruppe für Pädagogische Psy chologie der Universität Kassel unter der Leitung von Prof. Dr. MARTIN HÄNZE ein Projekt entwickelt, das speziell die Anwendung des Gruppenpuzzles im Physikunterricht der Sekundarstufe II (GriPS II) begünstigen soll. Die Autoren gehen davon aus, dass Erleben von Autonomie und Kompetenz sowie das Gefühl der sozialen Eingebundenheit1, wie sie im Gruppenpuzzle vermittelt werden, die intrinsische Motivation der SchülerInnen im Physik-Unterricht fördern. Insgesamt sollen vier Teilstudien durchVergleich mit anderen Unterrichtsformen

geführt werden (siehe Abb. 1.3.), der Vergleich mit anderen Unterrichtsformen (Studien I und II) ist abgeschlossen und

Frontalunterricht

Lernzirkel

Studie I

Studie II

Studie IV

Studie III

ausgewertet, die Auswertung der Studien III und IV wird Ende des Jahres 2007

Gruppenzusammensetzung

Benotungserwartung

Einfluss von Randbedingungen

erwartet. Abb. 1.3.: Teilstudien von GriPS II

Dabei wurden folgende Ergebnisse erhalten: Studie I (Gruppenpuzzle vs. Frontalunterricht): Die grundlegenden Bedürfnisse werden mit Hilfe der methodischen Variante besser als durch direkte Instruktion gefördert; die intrinsische Motivation entwickelt sich günstig, ebenso die kognitiven Variablen. Studie II (Gruppenpuzzle vs. Lernzirkel): Als höherwertige Lernstrategien sind beide Methoden etwa äquivalent, mit Vorteilen für das Gruppenpuzzle hinsichtlich des Kompetenzerlebens und kognitiven Engagements, im Autonomieerleben gibt es Vorteile für den Lernzirkel. Beide Verfahren sind im positiven Einfluss auf die intrinsische Motivation dem Frontalunterricht aber deutlich überlegen. 1

Autonomie, Kompetenz und soziale Eingebundenheit sind die psychischen Grundbedürfnisse gemäß der S e l b st b e s t i m m u n g s t h e o r i e d e r M o t i v a t i o n von EDWARD L. DECI und RICHARD M. RYAN (1993). Die Erfüllung dieser Bedürfnisse ist Voraussetzung für das Zustandekommen der intrinsischen Motivation und ganz allgemein für Gesundheit und persönliches Wohlbefinden.

2. Durchführung des Projektes

2. Durchführung des Projektes

11

2.1. HINTERGRUND UND RAHMENBEDINGUNGEN

2.1.1. BEGRÜNDUNG DER THEMENWAHL

Für die Auswahl eines Themas waren zwei Kriterien von entscheidender Bedeutung: Einerseits bestand das Anliegen, dass der Gegenstand der schriftlichen Arbeit methodisch unbedingt als Gruppenpuzzle durchführbar sein müsse, andererseits sollten bei der Durchführung Schülerexperiment e eindeutig im Mittelpunkt stehen. Die erstmalige Begegnung mit dem Gruppenpuzzle während der Ausbildung im Seminar hatte einen solchen Eindruck beim Verfasser hinterlassen, dass der Wunsch entstand, diese didaktische Methode selbst einmal einzusetzen und zu sehen, inwieweit theoretischer Anspruch und praktische Umsetzung bzw. tatsächlicher Lernfortschritt bei den SchülerInnen zur Deckung zu bringen sind. Nach Meinung des Verfassers ist die Zahl der im Chemie-Unterricht durchgeführten Schülerexperimente noch immer (immer noch?) viel zu gering. Der Lehrplan übt mit seinen Rahmenbedingungen zweifellos einen enormen Druck auf den Lehrenden aus, die Stoffvorgaben einzuhalten. Nichtsdestoweniger ist die Chemie als Naturwissenschaft aber „lebendige Wissenschaft“, und die meisten SchülerInnen werden in ihrem späteren Berufsleben keinen Kontakt mehr zu dieser faszinierenden Disziplin haben. Wo, wenn nicht in der Schule sollen die Lernenden mit Chemie vertraut gemacht werden, diese im wahrsten Sinne des Wortes „begreifen“? Und nicht zuletzt ist das (häufig negative) Bild, das Erwachsene von der Chemie haben, oft das Ergebnis ihres Chemie-Unterrichtes. Insofern sind interessante Schülerexperimente auch Imagepflege für die Chemie. Dieses Plädoyer pro Chemie findet auch Unterstützung durch den Bildungsplan für Chemie. Dort heißt es nämlich: „Methoden-, Sozial- und Personalkompetenz werden am besten ausgebildet, wenn die Schülerinnen und Schüler Experimente nicht nur selbstständig planen, durchführen und auswerten, sondern auch ihr Lernen kontinuierlich selbst organisieren.“ (BILDUNGSPLAN

2003)

Zwar sieht dieser Bildungsplan für das Technische Gymnasium in der Eingangsklasse Laborübungen vor, aber diese werden zum einen „nur“ als Wahlfach angeboten, zum anderen ließen die Rahmenbedingungen an der Gewerblichen Schule Göppingen deren Durchführung im Schuljahr 2006/2007 leider nicht zu – letztlich ein weiterer Grund für das gewählte Thema.

2. Durchführung des Projektes

12

2.1.2. KURZE FACHWISSENSCHAFTLICHE DARSTELLUNG

Die Gesamtheit der in der Natur vorkommenden Stoffe kann in Reinstoffe und Gemische unterteilt werden. Reinstoffe (Elemente oder Verbindungen) zeichnen sich durch klar definierte physikalische Eigenschaften (z.B. Schmelztemperatur, Siedetemperatur, Dichte usw.) aus und können nur auf chemischem Wege weiter zerlegt werden. Gemische (auch Gemenge genannt) bestehen dagegen aus mindestens zwei Reinstoffen, die durch physikalische Trennverfahren voneinander getrennt werden können. Bei homogenen Gemischen (z.B. einer Salzlösung) sind die Phasengrenzen mit dem bloßen Auge nicht zu erkennen, het erogene Gemische sind demgegenüber mehrphasig. Gemische besitzen je nach Aggregatzustand der beteiligten Komponenten häufig eigene Bezeichnungen. So nennt man z.B. das heterogene Gemisch eines Feststoffes (die disperse Phase) in einer Flüssigkeit (das Dispersionsmittel) Suspension. Physikalische Trennverfahren werden in der Verfahrenstechnik in mechanische und thermische Trennverfahren unterschieden. Mechanische Trennverfahren bedienen sich der unterschiedlichen physikalischen Eigenschaften der Komponenten eines Gemisches (z.B. Dichte
Dekantieren, Sedimentieren bzw. Zentrifugieren oder Partikelgröße
Filtrieren). Die etwas unglückliche Bezeichnung „thermische“ Trennverfahren deutet nicht zwangsläufig auf den Einsatz von Wärme hin, sondern die Trennung der Bestandteile beruht auf der Einstellung eines thermodynamischen Phasengleichgewichtes. Neben den prominentesten Vertretern Chromatographie, Destillation und Extraktion und den darauf basierenden Methoden werden u.a. Kristallisation, Adsorption, Absorption und Trocknung hierzu gezählt.

2.1.2.1. CHROMATOGRAPHIE

Der Begriff Chromatographie (χρόµα, chroma, griech.: Farbe und γράφειν, graphein, griech.: schreiben) wurde vom russischen Botaniker MICHAIL TSWETT eingeführt, als er beobachtete, dass sich scheinbar einfarbige Pflanzenfarbstoffe beim Durchsickern durch fein gepulverten Kalk in verschiedenfarbige Bestandteile auftrennen ließen. Allen chromatographischen Methoden gemeinsam sind die Trennprinzipien: Adsorption und Vert eilung. Eine Probe wird mit Hilfe eines fluiden Mediums (der mobilen Phase) an einem kondensierten Material (der stationären Phase, häufig an einen Träger gebunden) vorbeigeführt. Bei diesem Vorgang werden die Teilchen der Probe unterschiedlich stark adsorbiert oder bei Anwesenheit eines Fluidfilms gelöst und weitertransportiert. In Abhängigkeit von ihrer Verteilung zwischen den Phasen wandern die Komponenten eines Gemisches folglich mit unterschiedlicher Geschwindigkeit in Strömungsrichtung der mobilen Phase und lassen sich so voneinander trennen.

2. Durchführung des Projektes

13

Entsprechend der Art der Phasen, die miteinander in Kontakt gebracht werden, kann man die wichtigsten Chromatographie-Techniken folgendermaßen charakterisieren: mobile Phase

stationäre Phase

Chromatographie-Technik

flüssig

fest

Dünnschichtchromatographie (DC) Papierchromatographie (PC) Säulenchromatographie (SC, HPLC, GPC)

flüssig

flüssig

Extraktionschromatographie

gasförmig

fest oder flüssig

Gaschromatographie (GC)

Tab. 2.1.: Übersicht über die wichtigsten Chromatographie-Techniken

2.1.2.2. DESTILLATION

Die Destillation ist aufgrund ihrer historischen (keine mittleralterlich anmutende „Alchimistenküche“ in einem Film kommt ohne Destilliergefäße wie Retorte oder Alembicus aus) und gesellschaftlichen Bedeutung („Brennen“ von Spirituosen) auch bei Nicht-Chemikern sicherlich das bekannteste thermische Trennverfahren überhaupt. Ebenso gehören Begriffe wie „destilliertes Wasser“ zum alltäglichen Sprachgebrauch1. Die destillative Trennung eines Stoffgemisches beruft auf den unterschiedlich hohen Siedetemperat uren der Bestandteile. Wird ein Flüssigkeitsgemisch erhitzt, so verdampft von einem Stoff A mit niedrigerer Siedetemperatur (einem höheren Dampfdruck) mehr, als von einem Stoff B mit höherer Siedetemperatur (einem niedrigeren Dampfdruck). Hieraus resultiert, dass der Anteil von Stoff A in der Gasphase höher ist, als der von Stoff B. Der Dampf wird durch Kondensation in einem Kühler diesem thermodynamischen Gleichgewicht entzogen; Stoff A reichert sich so in der Vorlage an. Sieht man sich mit einem Gemisch von mehreren destillierbaren Flüssigkeiten konfrontiert, so führt man eine fraktionierende Destillation 2 durch. Um die verschiedenen Anteile (Fraktionen) während der Destillation sammeln zu können, bedient man sich einer sogenannten Destillierspinne, die drehbar ist. Bekannte fraktionierende Destillationen sind die Gewinnung von Treibstoffen aus Erdöl oder das LINDE-Verfahren zur Auftrennung von flüssiger Luft in deren Bestandteile.

1

Auch wenn es sich bei destilliertem Wasser nahezu immer wissenschaftlich genauer um „deionisiertes Wasser“ handelt (
AB Funktionsweise eines Ionenaustauschers bzw. Abb. 4.5.).

2

Leider kann man immer wieder den Terminus „fraktionierte Destillation“ lesen – dies ist aber grammatikalisch falsch! Schließlich wird die Destillation nicht fraktioniert (Partizip II, im Sinne von z.B. zeitlich unterbrochen und auf verschiedene Wochentage verteilt), sondern die Destillation wirkt fraktionierend, d.h. aufteilend (Partizip I als Ausdruck der Gleichzeitigkeit). Anders ausgedrückt: Eine korrigierende Aussage ist etwas ganz anderes als eine korrigierte Aussage.

2. Durchführung des Projektes

14

Sind die Komponenten eines Gemisches wärmeempfindlich, d.h. würden sie sich unter den Bedingungen einer normalen Destillation zersetzen (was z.B. bei vielen Naturstoffen der Fall ist), so wendet man eine schonende Variante der fraktionierenden Destillation an, die Destillat ion unter vermindertem Druck (oftmals etwas vermessen „Vakuumdestillation“ genannt). Die Siedetemperatur eines Stoffes hängt sehr stark vom umgebenden Druck ab: Wird dieser herabgesetzt, so sinkt auch die Siedetemperatur. Im Labor wird häufig mit dem Vakuum einer Wasserstrahlpumpe (ca. 15 mbar) gearbeitet, dies bedeutet eine Siedetemperaturerniedrigung von etwa 70 °C.

2.1.2.3. EXTRAKTION

Bei diesem thermischen Trennverfahren wird ein Bestandteil (die Wertk omponent e) aus einem Stoffgemisch (dem Extraktionsgut) mit Hilfe eines geeigneten Lösemittels (dem Extraktionsmittel) „herausgezogen“ (extrahere , lat.: herausziehen). Aus diesem kann der gewünschte Reinstoff dann durch andere Verfahren (z.B. Destillation) gewonnen werden. Physikalische Grundlage der Extraktion ist der N E R N S T sche Vert eilungssatz, der die Verteilung einer Substanz zwischen zwei nicht miteinander mischbaren Flüssigkeiten beschreibt. Zu einer Lösung eines Stoffes A in einem Solvens 1 gibt man das Extraktionsmittel (Solvens 2), das mit 1 nicht mischbar ist, in welchem sich A aber nach Möglichkeit besser löst. Neben Flüssig-flüssig-Extraktionen (Extraktion einer flüssigen Phase, z.B. durch Ausschütteln in einem Schütteltrichter als Batch -Prozess oder als kontinuierliches Verfahren in einem Perforator) sind Feststoffextraktionen (genauer: Fest-flüssig-Extraktionen) bei der Isolierung von Naturstoffen von großer Bedeutung1. In der pharmazeutischen Technologie kennt man z.B. den Heißwasser- und den Kaltwasserauszug (Digestion bzw. Mazeration), aus dem Alltag sind die Zubereitung von Kaffee oder Tee als Extraktionen vertraut. Besonders einfach im Labor ist die Methode nach S O X H L E T , einer diskontinuierlichen Extraktion in der Siedehitze, bei dem die Wertkomponente aus dem Gleichgewicht zwischen Extraktionsgut und Extraktionsmittel entfernt wird (
vollständige Extraktion).

1

Erwähnenswert ist hier die Entkoffeinierung von Kaffeebohnen mit überkritischem Kohlendioxid – auch wenn es hier eher um eine „Reinigung“ geht.

2. Durchführung des Projektes

15

2.1.3. ANTHROPOGENE UND SOZIOKULTURELLE RAHMENBEDINGUNGEN

Die Klasse E2 des Technischen Gymnasiums der Gewerblichen Schule Göppingen (Informationstechnischer Zweig, TG-IT) besteht aus drei Schülerinnen und 21 Schülern1, die den Geburtsjahrgängen 1987 (3 SchülerInnen), 1988 (2), 1989 (13) und 1990 (6) entstammen. Hinsichtlich der schulischen Vorbildung der Schülerinnen und Schüler handelt es sich um eine verhältnismäßig heterogen zusammengesetzte Klasse, wie Abb. 2.1. zeigt:

Abb. 2.1.: Schulische Vorbildung der Klasse E2 (GY: Gymnasium bis Kl. 10, RS: Realschule2, WRS: Werkrealschule)

Vier SchülerInnen besitzen einen Migranten- bzw. Spätaussiedlerhintergrund, wobei dies bei zwei SchülerInnen mit größeren sprachlichen Defiziten (speziell im schriftlichen Bereich) einhergeht. Bei dem im ersten Halbjahr des Schuljahres 2006/2007 bislang durchgeführten begleitenden Unterricht (acht Stunden) im Fach Chemie konnte der Eindruck einer an naturwissenschaftlichen Fragestellungen sehr interessierten und leistungsbereiten Lerngruppe gewonnen werden, die im Unterricht große Disziplin an den Tag legt. Die Heterogenität der Klasse bezüglich ihres Vorwissens spiegelt sich auch in ihrem Leistungsniveau wieder. Der Notenschnitt der ersten Klassenarbeit vom 26. Oktober 2006 lag trotz eines sehr beschränkten Lernumfangs überraschenderweise bei „nur“ 3,93 ± 0,27 (
Abb. 2.2.), wobei die SchülerInnen, die die gymnasiale Mittelstufe besucht haben, besser abschnitten (∅ 3,26 ± 0,76) als die ehemaligen RealschülerInnen (∅ 3,97 ± 0,82). Noch gravierender ist der Unterschied zu SchülerInnen, die zuvor die Werkrealschule absolviert haben (∅ 4,63 ± 0,78)3.

1

Ein Schüler wiederholt die Klasse.

2

Ein Schüler hat die Abendrealschule besucht

3

Die Unterschiede sind trotz der stark voneinander abweichenden Mittelwerte statistisch nicht signifikant.

2. Durchführung des Projektes

16

10 9 8

Häufigkeit

7 6 5 4 3 2 1 0 sehr gut - gut

gut - befriedigend

befriedigend ausreichend

ausreichend mangelhaft

mangelhaft ungenügend

Beurteilung Abb. 2.2.: Graphische Darstellung der Ergebnisse der ersten Klassenarbeit vom 26. Oktober 2006

Eine der wichtigsten Aufgaben im zweiten Halbjahr wird daher sein, leistungsschwächere SchülerInnen explizit zu fördern (und zu fordern), um so den Leistungsgradienten bezüglich der „Schulherkunft“ zu vermindern und im besten Falle zu beseitigen. Die im Fach Chemie gemachten Beobachtungen können durch begleitenden Unterricht und Hospitationen im Fach Physik bestätigt werden (allerdings: Notenschnitt der ersten Klassenarbeit vom 23. November 2006: 2,74 ± 0,871). Unter sozial-affektiven Gesichtspunkten kann festgestellt werden, dass die Klassengemeinschaft – soweit für einen Fachlehrer einsehbar – intakt scheint; gegenseitiger Respekt und gegenseitige Unterstützung werden gewährt. Lediglich eine Schülerin scheint sich bewusst von den übrigen MitschülerInnen abgrenzen zu wollen, der Grund hierfür ist unbekannt. Das Verhältnis zu den Lehrkräften ist gut und entspannt. Dies bestätigen ebenfalls die Aussagen des Klassenlehrers.

2.1.4. ORGANISATORISCHE RAHMENBEDINGUNGEN

Chemie wird in der Eingangsklasse des Technischen Gymnasiums zweistündig unterrichtet. Der Lehrplan sieht neben dem Unterricht im Klassenverband die freiwillige Teilnahme an einer Wochenstunde Laborübungen vor. Diese konnten aus verschiedenen Gründen (Unterrichtsüberschneidungen usw.) im ersten Halbjahr 2006/2007 leider nicht realisiert werden. 1

Die Subgruppenanalyse (GY: 2,36 ± 0,77, RS: 2,92 ± 0,71, WRS: 2,87 ± 1,21) zeigt, dass die ehemaligen WerkrealschülerInnen besser (sic !) abgeschnitten haben, als die SchülerInnen, die zuvor die Realschule besucht hatten. Allerdings ist in diesem Fall die Standardabweichung mit 1,21 Noten sehr hoch.

2. Durchführung des Projektes

17

Der Chemie-Saal ist hörsaalartig mit aufsteigenden, am Boden fixierten Tischreihen konzipiert, die einen handlungsorientierten Unterricht erschweren. Theoretisch können 31 SchülerInnen Platz finden, die Erfahrung lehrt aber, dass schon bei einer Besetzung mit 24 SchülerInnen eine beengte Lernatmosphäre herrscht – vermehrt gilt dies natürlich für den experimentellen Unterricht. Der Raum verfügt über eine automatische Verdunklung und ist mit einem Tageslichtprojektor ausgestattet. Bei Bedarf kann ein portables Rechnersystem mit Beamer eingesetzt werden. Für die Dauer des Projektes wurde der Chemie-Saal den Anforderungen des experimentellen Gruppenpuzzles gerecht werdend umgestaltet (
Abb. 4.27. – 4.30.) und für den Unterricht anderer Lerngruppen „gesperrt“. Hierzu wurde u.a. ein Rechner mit Internetzugang zu Recherche- und Präsentationszwecken installiert. Außerdem wurden den SchülerInnen mehrere themenbezogene Lehrbücher sowie Lexika (u.a. RÖMPPs Lexikon der Chemie) aus der Schulbibliothek bzw. eigenen Beständen zur Verfügung gestellt.

2.1.5. DIDAKTISCHE ANALYSE

2.1.5.1. EINBETTUNG DES PROJEKTES IN DIE LEHRPLANEINHEIT

Ursprünglich war beabsichtigt, das Projekt aufgrund seines experimentellen Charakters den Laborübungen und dort der Lehrplaneinheit (LPE) 1: „Grundlegende Arbeitstechniken“, Unterpunkt 1.2.1.: „Trennung von Stoffgemischen“ zuzuordnen, Destillation und Chromatographie werden dort sogar explizit als denkbare Beispiele erwähnt. Wie oben bereits ausgeführt, bestanden im ersten Halbjahr allerdings keine Möglichkeiten, die freiwilligen Laborübungen stundenplantechnisch umzusetzen. Um den SchülerInnen trotzdem praktische Kenntnisse in Chemie zu vermitteln, wurde das Thema „Experimentelle Vertiefung physikalischer Trennverfahren“ als Handlungsorientierte Themenbearbeitung (HOT) in die LPE 1: „Die chemische Reaktion“ eingeordnet, mit der Begründung, dass die Produkte von chemischen Reaktionen nur selten Reinstoffe darstellen, folglicherweise eine Isolierung und Reinigung vorgenommen werden muss.

2.1.5.2. STOFFAUSWAHL UND DIDAKTISCHE REDUKTION

Ziemlich früh in der Planung des Projektes standen Chromatographie, Destillation und Extraktion als „Kandidaten“ für die experimentelle Vertiefung der Trennverfahren im Unterricht fest. Dies lag

2. Durchführung des Projektes

18

sicherlich zuvorderst an folgenden Eigenschaften dieser Methoden: Destillation und Extraktion – mit Abstrichen auch die Chromatographie – besitzen unmittelbaren Bezug zum Alltag der SchülerInnen (
Kap. 2.1.2.). Speziell die Feststoffextraktion (Gesamtfettbestimmung in Erdnüssen) macht den SchülerInnen deutlich, wie mit verhältnismäßig einfachem apparativem Aufwand ernährungswissenschaftlich bedeutende Parameter ermittelt werden können. Alle drei Verfahren besitzen modellhaften Charakter und vertreten exemplarisch das wichtige Prinzip „thermodynamisches Gleichgewicht“. Die SchülerInnen können in der Jahrgangsstufe 1 bei der Behandlung des chemischen Gleichgewichtes auf hier erworbenes Vorwissen zurückgreifen. Gleichzeitig werden aber trotzdem das theoretische Niveau stark reduziert und die Beschreibung durch komplizierte mathematische Zusammenhänge vermieden oder durch bereits bekannte Größen verdeutlicht. Der NERNSTsche Verteilungssatz beispielsweise wird nicht in der gewohnten Form K = [A]1/[A]2 formuliert (da die Konzentration als physikalische Größe in der Chemie bislang noch nicht eingeführt ist), sondern als K = mA,1V2/mA,2V1 (mit c = n/V und n = m/M). So wird den SchülerInnen klar, was z.B. ein großer Verteilungskoeffzient K bei gleichen Volumina V1 und V2 bedeutet: Stoff A löst sich in Lösemittel 2 wesentlich besser als in Lösemittel 1. Natürlich darf in der Begründung für bestimmte (und damit gegen andere, sicher nicht weniger lehrreiche) Verfahren ein wichtiger Faktor nicht ignoriert werden: Die Chemie-Sammlung der Gewerblichen Schule Göppingen bot apparativ (von einigen wenigen Leihgaben durch benachbarte Schulen abgesehen) genau die Möglichkeiten, diese Methoden kennenzulernen. Vom Standpunkt eines Chemikers aus betrachtet, mögen z.B. gaschromatographische Untersuchungen oder HPLC-Analysen interessanter oder gar spektakulär sein, die SchülerInnen gewinnen durch die Arbeit mit solchen black boxes aber relativ wenig. Seitens der Lehrkraft wurde die hochkomplexe Thematik dieser theoretisch sehr anspruchsvollen Trennverfahren mit Hilfe entsprechender Literatur (siehe Quellenangaben) und in Gesprächen mit und Einschätzungen durch KollegInnen didaktisch so weit reduziert, dass jedeR SchülerIn mit gewissem Einsatz in die Lage versetzt wird, die gestellten Aufgaben zu bewältigen.

2. Durchführung des Projektes

19

2.1.5.3. LERNZIELE „Handlungsfähigkeit ist das Ziel, Handlungsorientierung ist das Konzept respektive die Maßnahme, Handlungskompetenz ist das Ergebnis.“ STEPHAN BERCHTOLD & MICHAELA STOCK

Handlungskompetenz steht im Schnittpunkt der vier Kompetenzen Sozialkompetenz, Methodenkompetenz, Selbst- oder Persönlichkeitskompetenz und Fachkompetenz (
Abb. 2.3.). Im handlungsorientierten Unterricht sollen die SchülerInnen Handlungskompetenz(en) für die außer- und nachschulische Lebenswelt entwickeln. Allerdings können nicht immer alle vier Kompetenzen gleichermaßen berücksichtigt werden – je nach Zielsetzung, Thema und eingesetzter Methode kommt es zu unterschiedlichen Schwerpunktsetzungen. Im Gruppenpuzzle steht der Zuwachs an Sozialkompetenz sicherlich im Vordergrund: JedeR SchülerIn agiert als LehrendeR vor der Gruppe und als LernendeR in der Gruppe. Die Einsicht, dass das Ziel nur gemeinsam erreicht werden kann, führt zu

Abb. 2.3.: Ganzheitlich-integrative Handlungsfähigkeit (aus: BERCHTOLD & STOCK 2006)

verantwortungsvollem und pflichtbewusstem Verhalten. Aufgrund der Besonderheiten des Gruppenpuzzles steht die Fachkompetenz an zweiter Stelle, denn jedeR SchülerIn ist ExpertIn in einem sehr anspruchsvollen Gebiet. Die SchülerInnen machen sich mit neuen physikalischen Zusammenhängen vertraut, lernen neue Apparaturen kennen und planen komplexe chemische Experimente, führen sie selbständig durch und werten sie aus. Da die SchülerInnen im Unterricht mit kooperativen Lernmethoden bislang mehr oder weniger nur am Rande zu tun hatten, steigert das vierwöchige Projekt die Methodenkompet enz auch beträchtlich.

Last, but not least : Durch die Arbeit im Gruppenpuzzle lernen die SchülerInnen auch eigene Lerninteressen und –strategien verstehen, die Kooperation mit den MitschülerInnen führt zu Artikulation eigener Interessen, aber auch zu Reflexion über eigenes Handeln und Stärkung der Kritikfähigkeit – dies sind nur einige Aspekte im Erwerb von Selbstkompetenz.

2. Durchführung des Projektes

20

2.1.6. METHODISCH-MEDIALE ANALYSE

2.1.6.1. BEGRÜNDUNG DER METHODE Frontalunterricht oder Gruppenunterricht?1 Fragend-entwickelnde Methoden oder kooperative Lernformen? Fragen, die sich jeder Lehrende unabhängig von seiner Erfahrung sicher schon häufig gestellt hat. Dabei ähnelt die Stellungnahme für oder wider die eine Sozialform für viele Pädagogen einem Glaubensstreit. Traditionell dominiert in den naturwissenschaftlichen Fächern der fragend-entwicklende Unterricht, zeitweise aufgelockert durch Experimente, kurzfristige Partner- oder Gruppenarbeiten, Schülerreferate oder Lehrfilme usw. Nicht zuletzt unter dem Reformdruck im deutschen Bildungswesen besitzt der Begriff des Frontalunterrichts auch und besonders in der Ausbildung der Lehrkräfte eine so negative Konnotation, dass allein die Erwähnung einem Tabubruch gleichkommt. Die Problemfelder des naturwissenschaftlichen Unterrichts (
WODZINSKI 2005), nämlich die Heterogenität der Leistungen, die Kluft zwischen Schülervorstellungen (Präkonzepten) und Verwendung und Einführung von neuen Begriffen sowie das oft mangelnde Interesse an den Naturwissenschaften (das vielleicht nur Ausdruck der gesellschaftlichen Geringschätzung naturwissenschaftlichen Wissens ist), scheinen zumindest teilweise in der jahrzehntelang gepflegten Monokultur des fragend-entwickelnden Unterrichts begründet zu sein. Um direkt Stellung zu beziehen: Auch wenn der Verfasser sich insbesondere nach Vor- und Nachbereitung dieses Projektes eindeutig zu kooperativen Lernmethoden bekennt, darf man nicht der Täuschung erliegen, dass irgendeine didaktische Methode ein Allheilmittel in der Praxis sei. Vielmehr ist ein Mix notwendig und sinnvoll, um alle SchülerInnen gemäß ihren Anlagen zu fördern (DORS 2007). Der Frontalunterricht wird auch weiterhin eine wichtige Art zu unterrichten sein, speziell bei komplexen Zusammenhängen, wie sie in Chemie oder Physik häufiger anzutreffen sind. REICH (2003b) betont, dass sich das Gruppenpuzzle eignet „insbesondere zur Einführung neuer Themen, zur Vermittlung von Grund- und Basiskenntnissen, sogar bei hohem Schwierigkeitsgrad. Die Methode beinhaltet einen breiten konstruktiven Teil (Ausbildung zum Experten/Vorbereitung der Vermittlung). Dieser Teil ist experimentelles Spielfeld und steht in der Verantwortung des einzelnen Lernenden bzw. der Kleingruppe. Wissen wird sich zu eigen gemacht, indem neben der Informationsaufnahme möglichst immer auch geforscht, recherchiert, experimentiert wird“.

1

BERGER & HÄNZE (2005) haben diese etwas plakative Frage auch zum Titel eines Aufsatzes gemacht.

2. Durchführung des Projektes

21

Damit ist das Gruppenpuzzle in der Tat die ideale Methode, den SchülerInnen die physikalischen Trennverfahren Chromatographie, Destillation und Extraktion näherzubringen. Zwar wurde im Vorfeld des Projektes die andere große Gruppe von physikalischen Trennverfahren, die mechanischen Trennverfahren (z.B. Filtrieren, Dekantieren usw.), in einer Unterrichtseinheit eingehender besprochen, prinzipiell sind für die Lerngruppe thermische Trennverfahren thematisch aber neu. Damit „starten“ alle SchülerInnen gewissermaßen auf dem gleichen Niveau, eine Gegebenheit, die auch bei der Evaluation des Projektes von Vorteil ist. Oftmals werden als Nachteile der Methode die zeitintensive Vorbereitung und der im Vergleich z.B. zur lehrerzentrierten Unterweisung höhere Zeitaufwand im Unterricht vorgebracht. Dabei darf man aber nicht außer acht lassen, dass der Lehrende mit einem einmal konzipierten und evaluierten (und eventuell verbesserten) Gruppenpuzzle ein Unterrichtsmodul zur Hand hat, das immer wieder verwendet werden kann – auch von anderen KollegInnen. Darüber hinaus benötigen SchülerInnen zur Verinnerlichung frontal gehaltener Themen mindestens die doppelte Zeit des Unterrichtes. Das Projekt ist so angelegt, dass das von REICH explizit erwähnte Forschen, Recherchieren und

Experimentieren im Mittelpunkt des Interesses steht. Die schwierigen Themen sind dazu fachwissenschaftlich relativ unabhängig voneinander, vermitteln aber einen guten Überblick über ein Teilgebiet der Chemie, die Verfahrenstechnik. Daher ist das „experimentelle“ Gruppenpuzzle die Methode der Wahl.

2.1.6.2. UNTERRICHTSMEDIEN

Die Vielzahl der eingesetzten Unterrichtsmedien lässt sich nach ihren Einsatzbereichen kategorisieren: Hinführung zum Projektthema/Einführung in das experimentelle Gruppenpuzzle: Versuchsmaterialien zu Filtrieren, Dekantieren, Sedimentieren und Zentrifugieren1, Metaplanwand (und Zubehör), Wandtafel, Tageslichtprojektor, Arbeitsblätter. Durchführung der Experimente/Vorbereitung der Einweisung: Versuchsmaterialien zu Chromatographie, Destillation und Extraktion1, Arbeitsblätter, weiterführende Literatur, Modelle (Ionenaustauscher, Haushaltswasserfilter). Präsentation/Unterweisung in den Stammgruppen: Portables Rechnersystem, Metaplanwand (und Zubehör), Tageslichtprojektor (mit entsprechenden Folien etc.), Poster (etwa DIN A1-Format), Wandtafel. 1

Es erscheint an dieser Stelle wenig sinnvoll, Gerätelisten o.ä. anzuführen. Für weitere Informationen wird auf die entsprechenden Arbeitsblätter bzw. Abbildungen (z.B. Abb. 4.24. – 4.26.) verwiesen.

2. Durchführung des Projektes

22

2.2. UNTERRICHTSPRAKTISCHE UMSETZUNG

2.2.1. HINLEITUNG ZUM PROJEKTTHEMA

Vor der Auseinandersetzung mit dem eigentlichen Projektthema stand die Definition von physikalischen Trennverfahren und die Vorstellung der zweiten großen Gruppe, den mechanischen Trennverfahren. Die SchülerInnen haben zu Beginn der Lehrplaneinheit gelernt, dass die Gesamtheit der Stoffe in der Chemie unterteilt wird in Reinstoffe (
Elemente und Verbindungen) und Gemische (
homogene und heterogene Gemische). Die weitere Klassifizierung von homogenen und heterogenen Gemischen mit Hilfe der Bezeichnungen disperse Phase, Dispersionsmittel und Dispersitätsgrad führte zu Begriffen wie Legierung, Aerosol, Suspension oder Emulsion. In der Unterrichtseinheit vor dem eigentlichen Projekteinstieg (
Tab. 2.2., Zeile 1) wurde den SchülerInnen anhand von Beispielen wie einer Kläranlage oder der Gewinnung von Heilmitteln aus Pflanzen verdeutlicht, dass für bestimmte Anforderungen die Komponenten eines Gemisches voneinander getrennt werden müssen. Im Gegensatz zu Reinstoffen (
chemische Trennverfahren, Beispiel: Thermolyse von Silberoxid, Ag2O) können Gemische aber nur auf physikalischem Wege getrennt werden. Die Lerngruppe wurde daraufhin aufgefordert, Beispiele für Trennungen von Gemischen zu nennen. Nach anfänglichem Zögern wurde eine Vielzahl von Verfahren vorgeschlagen, die seitens der Lehrkraft an der Metaplanwand geclustert und erst abschließend mit einer Überschrift versehen wurden. Auf die Problematik des Begriffes „thermisch“ wurde kurz hingewiesen. In der zweiten Stunde der Unterrichtseinheit wurden in Zusammenarbeit mit den SchülerInnen die mechanischen Trennverfahren Filtration, Dekantieren, Sedimentieren und Zentrifugieren (allgemeine Vorgehensweise und Spezifikationen bei besonderen Anwendungen, z.B. der Benutzung einer Glasfritte bei der Filtration von aggressiven Substanzen) vorgestellt.

Abb. 2.4.: Einteilung physikalischer Trennverfahren in mechanische und physikalische Methoden mit Beispielen

2. Durchführung des Projektes

23

2.2.2. ORGANISATION DES EXPERIMENTELLEN GRUPPENPUZZLES

Um den Überblick über die verschiedenen Phasen des Gruppenpuzzles zu erleichtern, wurde für den Organisations- und Zeitplan eine tabellarische Übersicht gewählt. Die Entwürfe für den geplanten Stundenverlauf in den Expertengruppen (1. Termin) und den Stammgruppen (2. bis 4. Termin) sind in den Abb. 2.5. und 2.6. wiedergegeben. Termin/Datum

Thema

Zeitbedarf

Hinführung

Physikalische Trennverfahren: Unterscheidung in mechanische und thermische Trennverfahren

2h

26.10. 2006

Mechanische Trennverfahren: Filtrieren, Dekantieren, Sedimentieren, Zentrifugieren „0. Termin“ 02.11.2006

Einführung in das Projekt

1h

Gruppenbildung (
Kap. 2.2.3.) Ausgabe der Materialien an die SchülerInnen Expertengruppen1

2h

Stammgruppen

2h

Stammgruppen

2h

Stammgruppen

2h

5. Termin

Schriftliche Wiederholungsarbeit („Kurztest“) (
Kap. 2.3.3.)

1h

07.12.2006

Feedback durch die SchülerInnen (
Kap. 2.3.5.)

1. Termin 09.11.2006

2. Termin 16.11.2006

3. Termin 23.11.2006

4. Termin 30.11.2006

Abschlussgespräch Tab. 2.2.: Organisations- und Zeitplan des Projektes

1

Die Spielkarten beziehen sich auf die Methode der Gruppenbildung (
Kap. 2.2.3.).

2. Durchführung des Projektes

ZEIT

PHASE „Material“phase

24

UNTERRICHTSGESCHEHEN



Die SchülerInnen machen sich mit den Versuchsmaterialien vertraut, planen die Vorgehensweise und verteilen eventuell Aufgaben innerhalb der Gruppe.



Die Expertengruppe baut die Versuchsapparatur anhand der ausliegenden Abbildungen auf und trifft Vorbereitungen allgemeiner Art.



Die experimentellen Aufgaben werden gemäß den Arbeitsblättern durchgeführt. Diese Phase dauert bei den verschiedenen Trennverfahren sehr unterschiedlich lang.

00:05

Aufbauphase

00:10

Experimentalphase

00:45 – 00:60



00:10 – 00:30

Auswertungsphase



00:20 00:45

Die SchülerInnen interpretieren die Messwerte, eventuell werden Vergleiche mit Literaturwerten angestellt.

Parallel zur Experimental- und/oder Auswertungsphase werden Lehrmaterialien geplant und angefertigt.

„Kreativ“phase

Abb. 2.5.: Synoptischer Stundenverlauf für den 1. Termin (Planung für die Expertengruppen)

ZEIT

PHASE Instruktionsphase

Aufbauphase

UNTERRICHTSGESCHEHEN



Die jeweiligen ExpertInnen erläutern ihren Stammgruppen die theoretischen und praktischen Hintergründe „ihres“ Trennverfahrens.



Die Stammgruppe baut die Versuchsapparatur unter Anleitung (!) des/der Experten/Expertin auf und trifft Vorbereitungen allgemeiner Art.



Die experimentellen Aufgaben werden von den Nicht-ExpertInnen gemäß den Arbeitsblättern durchgeführt. Der Experte/die Expertin leistet Hilfestellungen und korrigiert, wenn nötig.

00:15 – 00:20

00:15 – 00:20

Experimentalphase

00:45 – 00:60



00:15 – 00:30

Auswertungsphase

Die SchülerInnen interpretieren gemeinsam mit dem Experten/der Expertin die Messwerte, eventuell werden Vergleiche mit Literaturwerten angestellt. Der Experte/die Expertin steht für Fragen zur Verfügung.

Abb. 2.6.: Synoptischer Stundenverlauf für den 2. – 4. Termin (Planung für die Stammgruppen)

2. Durchführung des Projektes

25

2.2.3. GRUPPENBILDUNG

Prinizpiell lassen sich alle Möglichkeiten von Gruppenbildung in einer Lerngruppe drei Hauptverfahren zuordnen: die zufällige Gruppenbildung die schülerbestimmte Gruppenbildung die lehrerinduzierte Gruppenbildung Eine schülerbestimmt e Gruppenbildung schied von vorneherein aus, da beabsichtigt war, die „üblichen“ Strukturen im Klassenverband aufzulösen, um die soziale Kompetenz der SchülerInnnen zu stärken. Die formelle Gruppenbildung durch den Lehrer besitzt den Vorteil, dass die Gruppenmitglieder aus den guten, den durchschnittlichen und den schwächeren SchülerInnen „rekrutiert“ werden können. Dadurch kann man den Gruppennutzen steuern und vermeiden, dass eine Gruppe, die nur aus durchschnittlichen und/oder schwächeren SchülerInnen besteht, den gestellten Aufgaben möglicherweise nicht gewachsen ist. Allerdings konnte zum Beginn des Projektes (November 2006, 6. Schulwoche des Schuljahres) keine solche, projekttaugliche Einschätzung vorgenommen werden. Das Verfahren der Wahl war daher die zufällige Zusammensetzung der Gruppen. Die leistungsmäßige (Gleich-)Verteilung sollte auch hier weitgehend gewährleistet sein, darüber hinaus akzeptieren die SchülerInnen das Zufallsprinzip relativ problemlos als Auswahlverfahren. KLIPPERT (2002, S. 48ff.) betont in diesem Zusammenhang, dass die Akzeptanz umso größer ist, wenn diese Gruppenbildung nur für einen überschaubaren Zeitraum gilt. Die Wahl der Gruppengröße hängt nach KLIPPERT von verschiedenen Faktoren ab: Neben der Klassenstärke müssen auch die räumlichen Gegebenheiten, die zur Verfügung stehenden Gruppenarbeitsplätze und die Ziele und Inhalte des Unterrichtes berücksichtigt werden. Als empfehlenswerte Größe führt der Autor eine Anzahl von vier bis fünf SchülerInnen pro Gruppe an. Das Gruppenpuzzle als Methode mit einer doppelten Gruppenstruktur (Stamm- und Expertengruppen) sowie die äußeren Parameter (24 Schülerinnen und drei Themen) boten an, die Lerngruppe auf acht Stamm- und sechs Expertengruppen aufzuteilen. Die unterschiedlichen Gruppengrößen und die doppelte Besetzung der Expertenthemen garantierten, dass sich im Krankheitsfall eines Experten die übrigen SchülerInnen der zweiten Gruppe anschließen können.

2. Durchführung des Projektes

26

Im Unterricht wurde so vorgegangen, dass 24 Blatt eines Skatspiels (Siebener und Achter wurden aussortiert) zufällig an die SchülerInnen verteilt wurden. Die Stammgruppen wurden durch die Farben (Kreuz, Pik, Herz und Karo) reprä-

Stammgruppe Kreuz 1

sentiert, die Expertengruppen setzten sich aus den jeweiligen Kartenwerten (As, König, Dame, Bube, Zehn und Neun)

Expertengruppe C1

zusammen (
Abb. 4.2.). JedeR SchülerIn kommt so in die Gelegenheit, mit fünf weiteren SchülerInnen zu kooperieren. Abb. 2.7.: Beispiel für die Zusammensetzung von Stammund Expertengruppen (die Spielkarten stellen die entsprechenden SchülerInnen dar)

2.2.4. DIE ARBEIT IN DEN GRUPPEN

2.2.4.1. DIE ARBEIT IN DEN EXPERTENGRUPPEN

Da den SchülerInnen das Material zu den drei Trennverfahren bereits eine Woche zuvor (Tab. 2.2., 0. Termin) mit dem Auftrag ausgehändigt worden war, sich intensiv vorzubereiten, konnten die Experten am ersten Termin unmittelbar mit der Bearbeitung beginnen. An die Materialphase1 (Abb. 2.4.), in der sich die Lerngruppe zunächst mit den überwiegend unbekannten Glasgeräten u.ä. vertraut machen konnte, schloss sich im Fall der Chromatographie direkt die Experimentalphase an, bei Destillation und Extraktion galt es, zunächst die Versuchsapparatur anhand der ausliegenden Abbildungen (
Abb. 4.24. – 4.26.) aufzubauen. Je nachdem wieviel Aufmerksamkeit die einzelnen Teilversuche erforderten, fingen die SchülerInnen z.T. parallel mit der Auswertung und/oder der Erstellung von Materialien für die Stammgruppen an (sogenannte Kreativphase nach Abb. 2.4.). Hierbei wurden nach Neigung der SchülerInnen alle zur Verfügung stehenden Möglichkeiten ausgeschöpft. Im Anhang finden sich einige besonders gelungene Beispiele und Beweise für die Vielfalt der Lehrmaterialien (
Abb. 4.31. – 4.41.).

1

Es sei an dieser Stelle noch einmal ausdrücklich darauf verwiesen, dass die erwähnten „Phasen“ keinerlei Zeitvorgaben beinhalteten. Einzige Vorgabe war, dass die SchülerInnen nach zwei Unterrichtsstunden ihre Aufgaben erledigt hatten.

2. Durchführung des Projektes

27

Mit Ausnahme einer Gruppe konnten alle (experimentellen) Arbeiten in der vorgesehenen Zeit abgeschlossen werden. Es steht aber außer Zweifel, dass einige besonders motivierte Gruppen in der unterrichtsfreien Zeit weiter an ihrem Material „gefeilt“ haben.

2.2.4.2. DIE ARBEIT IN DEN STAMMGRUPPEN

An den drei folgenden Terminen stiegen ausnahmslos alle Stammgruppen bei Unterrichtsbeginn direkt mit der Instruktion durch den jeweiligen Experten in das Projekt ein. Die SchülerInnen arbeiteten außerordentlich konzentriert an ihren Aufgaben, der Verfasser musste nur gelegentlich einschreiten, um zu verhindern, dass Experten zu weit außerhalb des vereinbarten Rahmens (Unterweisung und Hilfestellung) tätig wurden. Zweimal wurde von den Stammgruppen die unzureichende Vorbereitung des jeweiligen Experten beklagt. Mit Verweis auf den Charakter der Methode und der zurückhaltenden, beobachtenden Rolle des Lehrers wurde hier nicht eingeschritten. Die Gruppen hielten sich in der überwiegenden Mehrheit an das (interne) Zeitschema des geplanten Stundenverlaufs (
Abb. 2.6.), so dass auch hier seitens der Lehrkraft keine Veranlassung bestand, korrigierend einzugreifen.

2.2.4.3. DIE ATMOSPHÄRE WÄHREND DES PROJEKTES

Wie bereits angedeutet, war die gesamte Lernatmosphäre während der Beschäftigung mit dem experimentellen Gruppenpuzzle außerordentlich entspannt und angenehm. Es schien in keinem Moment so, dass die SchülerInnen trotz des hohen Stellenwertes der Projekt-Gesamtnote (die wie eine dritte Klassenarbeit in diesem Halbjahr bewertet wurde
Kap. 2.3.4.) unter einem besonderen Stress stünden. Vielmehr hatte der Verfasser den Eindruck, dass die SchülerInnen eine erhöhte Bereitschaft zeigten, etwas „mehr“ als notwendig zu machen. Die gute Atmosphäre in dieser Zeit spiegelt sich vielleicht auch im positiven Feedback zum Projekt wider. Letztlich hat das Gruppenpuzzle in dieser Form möglicherweise auch zu einer Stärkung der Klassengemeinschaft, die zum Projektbeginn erst seit wenigen Wochen bestand1, beigetragen.

1

Die SchülerInnen haben zuvor etwa ein Dutzend verschiedener Schulen besucht.

2. Durchführung des Projektes

28

2.3. BEWERTUNG, EVALUATION UND FEEDBACK

Den SchülerInnen wurde zu Beginn erläutert, nach welchen Kriterien die Bewertung ihrer Leistungen während des Projektes erfolgen würde. Die Gesamtnote setzte sich diesen Kriterien folgend aus den Bewertungen für die Arbeit in Experten- und Stammgruppe, d.h. dem Engagement und der Produktivität während der praktischen Arbeit (eine Art „Prozessnote“
Kap. 2.3.1.), der Bewertung für das Versuchsprotokoll der „Expertenversuche“ (
Kap. 2.3.2.) und der Leistung in der abschließenden schriftlichen Wiederholungsarbeit („Kurztest“
Kap. 2.3.3.) zusammen. Dabei erfolgte eine Gewichtung von 20 : 40 : 40: „Prozessnote“

Versuchsprotokoll

„Kurztest“

Abb. 2.8.: Gewichtung der Schülerleistungen im Projekt

Bei allen folgenden statistischen Betrachtungen wurde ein besonderes Augenmerk auf die vorherige Schulbildung (Gymnasium bis Klasse 10, Realschule oder Werkrealschule) der SchülerInnen gelegt. Es galt festzustellen, welchen Einfluss die vor dem Eintritt in das Technische Gymnasium besuchte Schulform auf die Leistungen der SchülerInnen hat und welche Konsequenzen hieraus für den naturwissenschaftlichen Unterricht gezogen werden müssen.

2.3.1. TEAMWORK UND ENGAGEMENT IN DEN GRUPPEN

Die Bewertung von Teamwork und Engagement in den Gruppen erfolgte zum einen durch wiederholte Beobachtung der SchülerInnen über den gesamten Projektzeitraum hinweg. Dabei standen allgemeines Arbeitsverhalten und Wechselwirkung mit anderen Gruppenmitgliedern im Mittelpunkt des Interesses. Die so erhaltenen Eindrücke geben natürlich nur Momentaufnahmen wieder. Aufschlussreicher waren die Gespräche von etwa fünf bis zehn Minuten Dauer, die mit den verschiedenen Gruppen im Laufe der vier Wochen geführt wurden und die Gelegenheit boten, die eigene Arbeitsweise zu reflektieren. Hintergrund dieser Gespräche ist die Gruppenprozessbewertung, eines der fünf Basiselemente kooperativen Lernens (
Abb. 1.1.). Gruppen müssen beschreiben, welche Handlungen ihrer Mitglieder hilfreich und weniger hilfreich waren und müssen entscheiden, welche Verhaltensweisen beibehalten und welche verändert werden sollen (GREEN 2004a). Der Durchschnitt aller SchülerInnen lag bei 2,19 ± 0,69, also im überwiegend im guten Bereich. Die Schulherkunftanalyse zeigt einen Gradienten von ehemaligen GymnasiastInnen zu WerkrealschülerInnen (GY: 1,86 ± 0,38, RS: 2,23 ± 0,61, WRS: 3,00 ± 0,45).

2. Durchführung des Projektes

29

2.3.2. VERSUCHSPROTOKOLL

Die Maßstäbe bei der Bewertung der Versuchsprotokolle waren aufgrund der fehlenden Erfahrung der SchülerInnen mit „wissenschaftlicher“ Protokollführung nicht allzu streng. Daraus resultiert der verhältnismäßig zufriedenstellende Notenmittelwert von 2,80 ± 1,19 (hohe Standardabweichung!). Die Protokolle der ehemaligen WerkrealschülerInnen waren aber um mehr als 1,3 Notenpunkte (bei geringer Standardabweichung) schlechter als die der GymansiastInnen (GY: 2,01 ± 1,02, RS: 3,00 ± 0,77, WRS: 3,33 ± 0,29), ein mögliches Zeichen für den fehlenden Umgang mit Textproduktion.

2.3.3. SCHRIFTLICHE WIEDERHOLUNGSARBEIT („KURZTEST“)

Sehr ausführlich wurden die Ergebnisse in der schriftlichen Wiederholungsarbeit untersucht (alle Ergebnisse
Kap. 4.3.2.). Bei der erzielten Gesamtnote setzt sich der bisher beobachtete Gradient eindrucksvoll fort (Gesamtdurchschnitt: 3,37 ± 0,99, GY: 2,74 ± 0,69, RS: 3,32 ± 0,88, WRS: 4,18 ± 1,02). Dabei sind die Unterschiede zwischen GymnasiastInnen und WerkrealschülerInnen bei einer Irrtumswahrscheinlichkeit von α = 0,05 statistisch signifikant. Es wurden zwei Subgruppenanalysen durchgeführt: eine Expertengruppenanalyse und eine Stammgruppenanaly se. Bei der Expertengruppenanalyse (Tab. 4.3.) wurde einerseits untersucht, wie die ExpertInnen in ihrem eigenen Spezialgebiet untereinander abgeschnitten haben, andererseits wurden die jeweils erreichen Gesamtpunktzahlen verglichen. Zwar ergibt sich bei den Expertengruppenpunkten ein kleiner Vorsprung für die Destillation und bei den Gesamtpunkten ein solcher für die Chromatographie-ExpertInnen, aber beide Unterschiede sind statistisch nicht signifikant. Die Stammgruppenanalyse (Tab. 4.4.) diente der Untersuchung, wie erfolgreich die ExpertInnen bei den anderen Themen waren. Hier zeigen die Parameter, dass die erreichten Punktzahlen von Nicht-DestillationsexpertInnen bei diesem Verfahren statistisch höher waren als bei Chromatographie und Extraktion. Dies ist vielleicht darin begründet, dass die Destillation den SchülerInnen aus dem Alltag vertrauter ist, als andere Verfahren, so dass dort ein größeres Vorwissen besteht.

2. Durchführung des Projektes

30

2.3.4. GESAMTBEWERTUNG

Die Gesamtnote gibt die Unterschiede zwischen den verschiedenen Subgruppen natürlich verstärkt wieder. SchülerInnen, die zuvor das Gymnasium besucht haben, schnitten mit einer Durchschnittsnote von 2,51 ± 0,69 signifikant besser ab, als die ehemaligen Werkrealschülerinnen mit 3,77 ± 0,78. Auch die RealschülerInnen liegen mit 2,96 ± 0,66 noch knapp über dem Gesamtdurchschnitt von 3,03 ± 0,83.

2.3.5. FEEDBACK DURCH DIE SCHÜLERINNEN

Die SchülerInnen wurden nach Abschluss der Projektes gebeten, einen etwas umfangreicheren Fragebogen (16 Fragen bzw. Einschätzungen) als Feedback zu bearbeiten. Die ausführlichen Ergebnisse sind im Anhang (
Kap. 4.3.3.) graphisch aufbereitet, an dieser Stelle sollen einige wichtige Erkenntnisse kurz wiedergegeben und kommentiert werden. Insgesamt wurde dem Projekt eine gute Bewertung (ø 2,05) erteilt, auch die Projektlänge schien der überwiegenden Mehrheit der SchülerInnen angemessen. Der Schwierigkeitsgrad in den Expertengruppen wurde mehrheitlich als genau richtig bewertet, ebenso wie die Bearbeitungszeit der Aufgaben. Die Zusammenarbeit in den Expertengruppen wurde für gut (ø 2,21) befunden, gleiches gilt für die „Lehrtätigkeit“ der ExpertInnen in ihren Stammgruppen (ø 2,27). Bezüglich Schwierigkeitsgrad in den Stammgruppen kann die gleiche Aussage wie oben getroffen werden, allerdings wurde die Zusammenarbeit (ø 2,26) und die Lehrtätigkeit der MitschülerInnen (ø 2,29) etwas schlechter bewertet. Auf die Frage, ob das Gruppenpuzzle wiederholt werden soll, zeigt sich die Lerngruppe etwas gespalten. Trotz der guten Note für das Projekt stimmen drei gegen eine Wiederholung und immerhin acht SchülerInnen sind unsicher (bei neun Ja-Stimmen). In der letzten Frage wurden die SchülerInnen gebeten, verschiedene Unterrichtsmethoden und -formen zu bewerten. Es ist wenig überraschend, dass Experimente, ganz gleich ob vom Lehrer oder von den SchülerInnen selbst duchgeführt, sehr gut abschnitten. Frontalunterricht wurde weitgehend abgelehnt, erstaunlich aber ist die Tatsache, dass auch kooperative Methoden wie Lernzirkel und Gruppenpuzzle wie auch die traditionelle Gruppenarbeit von einem gewissen Teil der Klasse sehr kritisch gesehen werden.

2. Durchführung des Projektes

31

2.3.6. REFLEXION DER ROLLE UND AUFGABEN ALS LEHRER

Kooperative Lernmethoden wie das Gruppenpuzzle stellen ganz andere Anforderungen an den Lehrer als andere Unterrichtsformen. Nicht Präsenz und Dominanz der Lehrperson sind gefragt, sondern der Lehrer muss eher im Hintergrund die Fäden ziehen. Dazu gehört die Verantwortung, Lernprozesse zu initiieren und Lernergebnisse zu sichern, ebenso wie inhaltliche Aspekte. Zu einem umfassenden Gruppenpuzzle wie im vorliegenden Fall gehören viel Engagement, aber auch Freude an der Vorbereitung, denn diese ist zweifellos außerordentlich aufwendig. Die Unterrichtsmaterialien müssen sehr sorgfältig geplant und immer wieder überarbeitet werden, bis sie tatsächlich reif für den Einsatz sind. Mindestens genauso aufwendig ist die Schaffung der geeigneten Lernatmosphäre. Durch die Bereitstellung von weiteren Utensilien und die „Ausstellung“ der Expertenmaterialien (Aufhängen der Poster usw.) sowie die Sperrung des Projektsaals für die Dauer des Gruppenpuzzles wurde den SchülerInnen das Gefühl gegeben, dass dieser Saal „ihr Labor“ ist. Während eines solchen Projektes übergibt der Lehrende die Verantwortung aber an die Lerngruppe. Er/sie beobachtet und leistet im Notfall Hilfestellung, nimmt sich selbst aber völlig zurück – nicht allen LehrerInnen fällt dies leicht. Dadurch wird auch der erzieherische Aspekt des Unterrichtens (durch den Lehrer) zurückgeschraubt. Konfliktsituationen müssen von den Gruppen weitgehend selbst bewältigt werden, die Kritikfähigkeit des Einzelnen wird manchmal auf eine ernsthafte Probe gestellt. Es ist eine Überzeugung des Verfassers, dass ein durch eineN MitschülerIn ausgesprochener „Tadel“ (weil z.B. bestimmte Vereinbarungen nicht eingehalten wurden) einen tieferen Eindruck hinterlässt (sofern alle MitschülerInnen sich gegenseitig respektieren), als wenn die Lehrperson dies täte (und sofern nicht weitere Sanktionen folgen). Ein nicht nebensächliches Problem stellt allerdings die Leistungsbewertung bei kooperativen Methoden dar. Natürlich lässt sich das Ergebnis eines inidviduellen Abschlusstests einem bestimmten Schüler zuordnen, aber wie sieht es z.B. mit der Bewertung des Lernprozesses oder eine Gruppenpräsentation aus? Hier muss der/die Lehrende seine Beobachtungsgabe schulen, außerdem sollten die SchülerInnen mit einer gewissen Erfahrung in diesen Lernstrategien in der Lage sein, sich selbst und andere Gruppenmitglieder einschätzen zu können. Die Rolle des Lehrers/der Lehrerin ist bei kooperativen Lernmethoden also eine völlig andere als im traditionellen Unterricht. Das bedeutet nichts anderes, als daß auch LehrerInnen ihre Rolle im Lernprozess lernen und einüben müssen.

3. Zusammenfassung und Fazit

3. Zusammenfassung und Fazit

33

Zusammenfassend kann festgehalten werden, dass das experimentelle Gruppenpuzzle seitens des Verfassers alle Erwartungen an diese kooperative Lernmethode erfüllt und übertroffen hat. Befürchtungen, die längerfristige Beschäftigung mit dem Projekt könnte dem Interesse und der Motivation der SchülerInnen schaden, bewahrheiteten sich nicht. Im Gegenteil: Die SchülerInnen zeigten sich überwiegend begeistert, über mehrere Unterrichtsstunden hinweg selbständig experimentieren zu können. Es bereitete ihnen auch nur wenig Probleme, sich mit der sehr anspruchsvollen Theorie zu Chromatographie, Destillation und Extraktion auseinanderzusetzen. Die Analyse der Ergebnisse zeigt allerdings auch, dass die SchülerInnen offensichtlich mit sehr unterschiedlichem Vorwissen an das Technische Gymnasium wechseln. Hier müssen LehrerInnen den Willen zeigen, den mitunter erheblichen Leistungsgradienten beseitigen zu wollen. Kooperative Lernmethoden sind ein Weg dorthin. Hier sind aber auch politische Entscheidungsträger in der Schulpolitik gefragt, die Rahmenbedingungen für solche handlungsorientierte Themenbearbeitung zu verbessern. Ein Lehrplan, der auf illusorische 40 Jahresschulwochen ausgelegt ist, lässt nur wenig Spielraum für „diese didaktischen Mätzchen“, wie es ein Kollege ausdrückte. EinE LehrerIn, der/die es nur darauf anlegt, sein Stoffpensum „durchzubringen“, ist mit Methoden wie dem Gruppenpuzzle sicher schlecht beraten. KollegInnen aber, denen langfristige Wissensvermittlung, autonomes Lernen und hohe Handlungskompetenz der SchülerInnen wichtig ist, sind angehalten, häufiger kooperative Lernstrategien einzusetzen und sei es auch nur in bestimmten Bereichen. „Think big, start small.“, so die Meinung von NORM GREEN dazu. Für den Autor ist klar, dass kooperative Lernmethoden zukünftig zu seinem Standardrepertoire gehören werden.

4. Anhang

4. Anhang

4.1. LEHR- UND LERNMATERIALIEN 4.1.1. ARBEITSBLÄTTER

4.1.1.1. EINFÜHRUNG UND ALLGEMEINE INFORMATIONEN

Abb. 4.1.: AB Einführung in das Gruppenpuzzle und allgemeine Informationen

36

4. Anhang

Abb. 4.2.: Gruppeneinteilung

37

4. Anhang

Abb. 4.3.: Aufbau eines Versuchsprotokolls

38

4. Anhang

4.1.1.2. CHROMATOGRAPHIE

Abb. 4.4.: AB Grundlagen der Chromatographie

39

4. Anhang

Abb. 4.5.: AB Papier- und Dünnschichtchromatographie

40

4. Anhang

Abb. 4.6.: AB Funktionsweise eines Ionenaustauschers

41

4. Anhang

Abb. 4.7.: AB Glossar zur Chromatographie

42

4. Anhang

Abb. 4.8.: AB Aufgaben zur Chromatographie

43

4. Anhang

Abb. 4.9.: AB Laufzettel zur Chromatographie

44

4. Anhang

4.1.1.3. DESTILLATION

Abb. 4.10.: AB Grundlagen der Destillation

45

4. Anhang

Abb. 4.11.: AB Fraktionierende Destillation und Vakuumdestillation

46

4. Anhang

Abb. 4.12.: AB Glossar zur Destillation

47

4. Anhang

Abb. 4.13.: AB Aufgaben zur Destillation

48

4. Anhang

Abb. 4.14.: AB Laufzettel zur Destillation

49

4. Anhang

4.1.1.4. EXTRAKTION

Abb. 4.15.: AB Grundlagen der Extraktion

50

4. Anhang

Abb. 4.16.: AB Flüssig-flüssig- und Feststoffextraktion

51

4. Anhang

Abb. 4.17.: AB Glossar zur Extraktion

52

4. Anhang

Abb. 4.18.: AB Aufgaben zur Extraktion

53

4. Anhang

Abb. 4.19.: AB Laufzettel zur Extraktion

54

4. Anhang

55

4.1.2. WEITERE LEHR- UND LERNMATERIALIEN

Die folgenden Materialien standen den SchülerInnen als laminierte Ausdrucke im Format A4 zur Verfügung.

Abb. 4.20.: Aufbau für Zirkularchromatogramme

Abb. 4.21.: DC eines Pflanzenfarbstoffextraktes

Abb. 4.22.: Handelsüblicher Ionenaustauscher

Abb. 4.23.: Haushaltswasserfilter (Fa. BRITA®)

4. Anhang

56

Wasserkühlung

DIMROTHKühler

Thermometer

SOXHLETApparatur

LIEBIG-Kühler mit CLAISEN-Aufsatz

Schütteltrichter

Extraktionshülse Vorstoß

Rundkolben

Wasserkühlung Rundkolben

Heizhaube

Heizhaube

Mörser mit Pistill

Hebebühne Hebebühne

Abb. 4.24.: Aufbau der Destillation

Abb. 4.26.: Aufbau der Extraktion

Wasserstrahlpumpe

gebogener Vorstoß mit Olive

Vakuumschlauch

Destillierspinne WOULFFsche Flasche

Abb. 4.25.: Aufbau der fraktionierenden Destillation bzw. Vakuumdestillation

4. Anhang

57

4.2. DOKUMENTATION DES PROJEKTES 4.2.1. ÄUSSERE RAHMENBEDINGUNGEN

4.2.1.1. DER PROJEKTSAAL

Der Chemie-Saal 123 wurde für die Dauer des Projektes den Anforderungen des Gruppenpuzzles und seiner experimentellen Umsetzung angepasst. Die folgenden Abbildungen sollen einen Eindruck hiervon vermitteln.

Abb. 4.27. & Abb. 4.28.: Blick in den Projektsaal

Abb. 4.29.: Blick in Richtung Tafel

Abb. 4.30.: „Chemikalienlager“

4. Anhang

58

4.2.1.2. DIE VERSUCHSAUFBAUTEN

Die Aufbauten zu den Versuchen der Destillation der Extraktion sind in den Abb. 4.24. und 4.25. bzw. 4.26. wiedergegeben. Da im Rahmen der Chromatographie (in diesem Projekt) keine außergewöhnlichen Versuchsgeräte benutzt werden, wurde auf eine Abbildung verzichtet.

4.2.2. LEHR- UND LERNMATERIALIEN DER EXPERTENGRUPPEN

Den Expertengruppen wurde freigestellt, auf welche Weise sie den Stammgruppen „ihr“ Thema näher bringen, seitens der Lehrkraft wurden die Möglichkeiten geschaffen, mit Postern, Folien, Metaplanwand und Präsentationen am Rechner zu arbeiten. Auf den folgenden Seiten sind einige Beispiele für Schülerarbeiten gezeigt, wobei es natürlich nicht möglich ist, komplette Präsentationen wiederzugeben. In diesen Fällen beschränkt sich die Dokumentation auf einen besonders gelungenen Text oder eine besonders gelungene Darstellung. Aufgrund des hohen Niveaus der Themen enthält das Schülermaterial zwangsläufig Fehler, auf die die ExpertInnen allerdings vor der Vorstellung „ihres“ Verfahrens hingewiesen worden sind. Oft blieb aber keine Zeit, diese Fehler ausreichend gut zu verbessern; hier sind Faksimiles der Originale wiedergegeben.

4. Anhang

4.2.2.1. CHROMATOGRAPHIE

Abb. 4.31.: Einführung in die Chromatographie [OHP-Folie, M. RECK]

59

4. Anhang

Abb. 4.32.: Aufnahme eines Chromatogramms I [OHP-Folie, M. RECK]

60

4. Anhang

Abb. 4.33.: Aufnahme eines Chromatogramms II [OHP-Folie, M. RECK]

61

4. Anhang

Abb. 4.34.: Chromatographie [Hand-out, D. SCHNIEPP]

62

4. Anhang

4.2.2.2. DESTILLATION

Abb. 4.35.: Einführung in die Destillation [Hand-out, K. WALTER]

63

4. Anhang

Abb. 4.36.: Einführung in die Destillation [Hand-out, S. STOCKHAUS]

64

4. Anhang

Abb. 4.37.: Fraktionierende Destillation [Hand-out, S. STOCKHAUS]

65

4. Anhang

66

Abb. 4.38.: Aufbau der Destillation [Teil einer Präsentation, F. FRIEß]

Abb. 4.39.: Aufbau der Destillation [Poster, C. BAUER]

4. Anhang

4.2.2.3. EXTRAKTION

Abb. 4.40.: Durchführung der Extraktion [Hand-out, J. BERKO]

67

4. Anhang

68

Abb. 4.41.: Aufbau der Extraktion [Poster, J. BERKO]

4.2.3. ERGEBNISSE DER SCHÜLERINNEN

4.2.3.1. CHROMATOGRAPHIE

Abb. 4.42.: Zirkularchromatogramm von zwei schwarzen Filzschreibern [Expertengruppe C1]

4. Anhang

69

Abb. 4.43.: DC eines schwarzen Filzschreibers auf verschieden beschichteten DC-Platten (von links nach rechts: Cellulose, Kieselgel und Aluminiumoxid) [Expertengruppe C2]

Abb. 4.44. – Abb. 4.45.: DC eines Pflanzenfarbstoffextraktes (Beschichtung: Aluminiumoxid) [Expertengruppen und C2]

C1

4. Anhang

70

Abb. 4.46. – Abb. 4.48.: DC-Nachweis von Coffein und Vergleich mit Coffein-Standard (w = 2 mg/ml Coffein, von links nach rechts: Kaffee, grüner Tee und entcoffeinierter Kaffee), Detektion mit UV-Licht [Stammgruppe Herz 2]

4.2.3.2. EXTRAKTION

Die Bestimmung des Fettgehaltes von Erdnüssen führte zu Resultaten zwischen 48,5 und 53,9 % Fett; diese liegen damit trotz des bescheidenen apparativen Aufwandes nahe bei den in den Literatur angegebenen Werten (je nach Quelle um 50 %). Mögliche Fehlerquellen können zu kurze Extraktionszeit und Verluste bei der destillativen Entfernung des Extraktionsmittels gewesen sein.

4. Anhang

71

4.2.4. IMPRESSIONEN VON DER PROJEKTARBEIT

Die folgenden Abbildungen sollen einen kurzen Einblick in die interessierte und konzentrierte Mitarbeit der SchülerInnen während des Gruppenpuzzles geben.

Abb. 4.49. – Abb. 4.55.: Impressionen von der Projektarbeit

4. ANHANG

72

4.3. BEWERTUNG, EVALUATION UND FEEDBACK 4.3.1. BEWERTUNG UND ANALYSE DER SCHÜLERLEISTUNGEN (MITARBEIT, PROTOKOLL, KURZTEST UND GESAMTNOTE) Alle statistischen Analysen wurde unter der Voraussetzung vorgenommen, dass die Ergebnisse durch die Normalv ert eilung (GAUSS-Verteilung)

in ausreichend guter Näherung beschrieben werden (mit σ als Standardabweichung und µ als Erwartungswert). Die Standardabweichung σ wurde gemäß

σx berechnet. Zur Überprüfung von Unterschieden zwischen zwei statistischen Populationen wurde der F I S H E R oder F-Test angewendet. Dies ist ein statistischer Test, mit Hilfe dessen mit einer gewissen Konfidenz entschieden werden kann, ob zwei Stichproben aus unterschiedlichen Populationen sich hinsichtlich ihrer Varianz statistisch signifikant unterscheiden1. Projekt

SchülerIn

Schulherkunft

Mitarbeit

Protokoll

Kurztest

Gesamtnote

1

RS

2,0

3,3

4,2

3,4

2

RS

2,0

4,0

4,6

3,8

3

GY

2,0

1,0

2,3

1,9

4

WRS

3,0

3,3

4,9

4,0

5

GY

2,0

6,0

3,8

3,9

6

GY

1,5

3,7

3,1

2,9

7

RS

2,0

3,0

3,1

2,8

8

RS

1,5

2,3

1,8

1,9

9

RS

3,0

4,0

3,3

3,4

10

WRS

2,0

3,7

5,1

4,0

Tab. 4.1a.: Bewertung der Schülerleistungen

1

Näheres hierzu siehe Lehrbücher der Statistik bzw. BRONSTEINs Taschenbuch der Mathematik.

4. ANHANG

73

Projekt

SchülerIn

Schulherkunft

Mitarbeit

Protokoll

Kurztest

Gesamtnote

11

GY

1,5

1,3

1,7

1,6

12

RS

2,5

3,7

3,9

3,5

13

WRS

2,5

6,0

4,8

4,5

14

GY

2,0

2,3

2,7

2,4

15

RS

2,5

4,0

2,1

2,7

16

RS

3,0

2,7

4,2

3,5

17

GY

1,5

3,0

3,2

2,7

18

WRS

2,5

3,0

3,1

2,9

19

RS

1,5

1,0

2,8

2,0

20

RS

1,5

1,0

3,4

2,3

21

GY

2,5

1,3

2,4

2,2

22

WRS

3,0

6,0

4,5

4,5

23

RS

3,0

4,0

3,1

3,3

24

WRS

2,0

3,3

2,7

2,7

2,19

3,20

3,37

3,03

Durchschnitt

Tab. 4.1b.: Bewertung der Schülerleistungen1

Die obenstehende Tabelle gibt in einer Gesamtübersicht alle von den SchülerInnen erzielten Bewertungen während des Projektes wieder.

Tab. 4.2. schlüsselt die Mittelwerte der Schülerleistungen einschließlich Standardabweichungen nach Schulherkunft (besuchte Schule bis Klasse 10) auf.

Schulherkunft

Bewertungsgrundlagen Gesamtnote

Population

2,74 ± 0,69

2,51 ± 0,76

n=7

3,00 ± 0,77

3,32 ± 0,88

2,96 ± 0,66

n =11

3,00 ± 0,45

3,33 ± 0,29

4,18 ± 1,02

3,77 ± 0,78

n=6

2,19 ± 0,69

2,80 ± 1,19

3,37 ± 0,99

3,03 ± 0,83

n = 24

Mitarbeit

Protokoll

Kurztest

GY

1,86 ± 0,38

2,01 ± 1,02

RS

2,23 ± 0,61

WRS Gesamtdurchschnitt

Tab. 4.2.: Durchschnittsbewertungen unter Berücksichtigung der Schulherkunft

1

Defizitäre Leistungen (≥ 4,5) sind rot markiert, die drei ungenügenden Benotungen in der Spalte Protokoll kamen durch Nichtabgabe zustande.

4. ANHANG

74

4.3.2. ERGEBNISSE DER SCHRIFTLICHEN WIEDERHOLUNGSARBEIT („KURZTEST“)

Der nachfolgend abgebildete Kurztest beinhaltet je drei Fragen zu den drei Trennverfahren, wobei sowohl Aufgaben zur Theorie der jeweiligen Methode, aber vor allen Dingen auch solche mit praktischer Relevanz gestellt wurden. Die Bearbeitungszeit betrug 20 Minuten.

Abb. 4.56.: Schriftliche Wiederholungsarbeit („Kurztest“)

Punktzahlen für die Ermittlung der Note korrigiert.

ihren Stammgruppen wegen Krankheit nicht an den Verfahren Extraktion (C5) bzw. Chromatographie (E1) teilnehmen, daher sind die

nehmen konnte und daher statistisch lediglich bei der Stammgruppenanalyse berücksichtigt wird. Die SchülerInnen C5 und E1 konnten in

Die Schülerdaten sind anonymisiert. Schüler 24 bezeichnet eineN SchülerIn, der/die krankheitsbedingt nicht an der Expertenphase teil-

Tab. 4.3.: Punkteverteilung nach Aufgaben und Expertengruppen

4. ANHANG 75

4. ANHANG

76

10 9 8

Häufigkeit

7 6 5 4 3 2 1 0 sehr gut - gut

gut - befriedigend

befriedigend ausreichend

ausreichend mangelhaft

mangelhaft ungenügend

Beurteilung Abb. 4.57.: Graphische Darstellung der Ergebnisse des Kurztests

4.3.3. STATISTISCHE ANALYSE DER SCHRIFTLICHEN WIEDERHOLUNGSARBEIT („KURZTEST“)

4.3.3.1. EXPERTENGRUPPENANALYSE

Expertengruppenpunkte Verfahren

Population Durchschnitt

Maximum

Chromatographie

5,44 ± 1,59

7,50

2,00

n=8

Destillation

6,21 ± 2,09

8,50

2,00

n=7

Extraktion

5,13 ± 2,39

8,00

1,00

n=8

Tab. 4.4a.: Expertengruppenanalyse

1

1

Die maximale Punktzahl pro Thema betrug 9 Punkte.

Minimum

4. ANHANG

77

Gesamtpunkte Verfahren

Population Durchschnitt

Maximum1

Minimum

Chromatographie

14,47 ± 4,59

21,25

7,00

n=8

Destillation

12,57 ± 4,70

18,00

4,50

n=7

Extraktion

12,66 ± 6,19

21,00

5,50

n=8

Tab. 4.4b.: Expertengruppenanalyse

Zwischen den jeweils erreichten Punktwerten (Experten- bzw. Gesamtpunkte) besteht bei einer Irrtumswahrscheinlichkeit von α = 0,05 kein statistisch signifikanter Unterschied.

4.3.3.2. STAMMGRUPPENANALYSE

Stammgruppenpunkte Verfahren

Population Durchschnitt

Maximum

Minimum

3,02 ± 1,86*

6,50

0,00

n = 16

Destillation

5,19 ± 2,16

8,50

2,00

n = 17

Extraktion

3,17 ± 1,79*

6,50

1,00

n = 16

Chromatographie

Tab. 4.5.: Stammgruppenanalyse

Es besteht ein statistisch signifikanter Unterschied (*) zwischen den Ergebnissen im Bereich Destillation und den Ergebnissen in den übrigen beiden Verfahren (Irrtumswahrscheinlichkeit α = 0,05).

1

Die maximal mögliche Punktzahl betrug 27 Punkte.

4. ANHANG

78

4.3.4. FEEDBACK DURCH DIE SCHÜLERINNEN

Mit Hilfe des unten abgebildeten Fragebogens wurden die SchülerInnen gebeten, ihre Meinung zum Projekt zu äußern. Um das Feedback statistisch auswerten zu können, wurden die Möglichkeiten der Bewertung überwiegend vorgegeben. Den SchülerInnen stand es aber frei, den Fragebogen auch für weitere Anmerkungen zu nutzen.

Abb. 4.58.: AB Feedback

4. ANHANG

79

4.3.4.1. ALLGEMEINE FRAGEN

Projektlänge

20 18 16

Häufigkeit

14 12 10 8 6 4 2 0 zu kurz

genau richtig

zu lang

Bewertung

Abb. 4.59.: Projektlänge

Favorittrennverfahren Extraktion 35%

Chromatographie 40%

Destillation 25%

Abb. 4.60.: Favorittrennverfahren

Projektnote

14

12

Häufigkeit

10

8

6

4

2

0 1

2

3

4

Note

Abb. 4.61.: Projektnote (Ø 2,05)

5

6

4. ANHANG

„Manche Versuche waren langweilig (Destillation).“ (2)

80

etwas

„Gruppenpuzzle ist ineffektiv.“ (4)

„Gut, interessant.“ (2)

„Es hat Spaß gemacht und war lehrreich, aber alle Gruppen haben von ihrem Experten andere Erklärungen bekommen.“ (2)

„War lockerer und hat mehr Spaß gemacht als Theorieunterricht. Allerdings haben sich manche Leute zu wenig Mühe für die Handouts gemacht.“ (2)

„Es war nicht so ‚trocken’ und bei Experimenten, die wir selber machen, lernen wir es schneller und besser. Ist auch nicht so langweilig.“ (2)

„War alles ok. Manchmal zu wenig Zeit.“ (2)

„Hat Spaß gemacht, [aber] Gruppen selber aussuchen.“ (2)

„Es waren interessante Versuche dabei und die Gruppenarbeit war ganz gut.“ (2)

„Man konnte selbst experimentieren.“ (2)

„Gut, aber teils zu lange Pausen.“ (2)

„Gute Organisation + Versuche.“ (2)

„Es war nie langweilig und nicht arbeitsaufwendig und hat Fun gemacht.“ (1-2)

„Sehr lehrreich und Spaß gemacht.“ (2)

„Etwas zu wenig Zeit.“ (2)

Tab. 4.6.: Begründungen der Projektnote (in Klammern die Bewertung des Projektes)

4.3.4.2. FRAGEN ZUR ARBEIT IN DEN EXPERTENGRUPPEN BZW. ALS EXPERTIN

Schwierigkeitsgrad der Arbeitsblätter

20 18 16

Häufigkeit

14 12 10 8 6 4 2 0 zu hoch

genau richtig

zu niedrig

Bewertung

Abb. 4.62.: Schwierigkeitsgrad der Arbeitsblätter

Bearbeitungszeit der Aufgaben

14

12

Häufigkeit

10

8

6

4

2

0 zu kurz

genau richtig

Bewertung

Abb. 4.63.: Bearbeitungszeit

zu lang

4. ANHANG

81

14

Schwierigkeitsgrad der Arbeitsaufgaben

12

Häufigkeit

10

8

6

4

2

0 zu schwierig

genau richtig

zu einfach

Bewertung

Abb. 4.64.: Schwierigkeitsgrad der Arbeitsaufgaben

Zusammenarbeit in den Expertengruppen

14

12

Häufigkeit

10

8

6

4

2

0 1

2

3

4

5

6

Note

Abb. 4.65.: Zusammenarbeit in den Expertengruppen (Ø 2,21)

„Lehrtätigkeit“ als Expertin

14

12

Häufigkeit

10

8

6

4

2

0 1

2

3

4

Note

Abb. 4.66.: „Lehrtätigkeit“ als ExpertIn (Ø 2,27)

5

6

4. ANHANG

82

4.3.4.3. FRAGEN ZUR ARBEIT IN DEN STAMMGRUPPEN

Bearbeitungszeit der Aufgaben

14

12

Häufigkeit

10

8

6

4

2

0 zu kurz

genau richtig

zu lang

Bewertung

Abb. 4.67.: Bearbeitungszeit der Aufgaben

Schwierigkeitsgrad der Aufgaben

20 18 16

Häufigkeit

14 12 10 8 6 4 2 0 zu schwierig

genau richtig

Bewertung

Abb. 4.68.: Schwierigkeitsgrad der Aufgaben

zu einfach

4. ANHANG

83

Zusammenarbeit in den Stammgruppen

14

12

Häufigkeit

10

8

6

4

2

0 1

2

3

4

5

6

Note

Abb. 4.69.: Zusammenarbeit in den Stammgruppen (Ø 2,26)

„Lehrtätigkeit“ der MitschülerInnen

16

14

12

Häufigkeit

10

8

6

4

2

0 1

2

3

4

Note

Abb. 4.70.: „Lehrtätigkeit“ der MitschülerInnen (Ø 2,29)

5

6

4. ANHANG

84

4.3.4.4. ALLGEMEINE FRAGEN ZUM GRUPPENPUZZLE UND ANDEREN UNTERRICHTSFORMEN

Wiederholung des Gruppenpuzzles

10 9 8

Häufigkeit

7 6 5 4 3 2 1 0 ja

nein

unsicher

Abb. 4.71.: Wiederholung des Gruppenpuzzles

20 18 16 14 12

Häufigkeit 10 8 6 4 2 0

an de re

schlecht nicht so gut Bewertung gut Le rn zir ke Gr l up pe np uz zle

Fro nt alu nt Le er hr ric er ht ex pe rim Sc hü e nt ler e ex pe rim en te Ein ze lar be it Pa r tn er ar be it Gr up pe na rb eit

Bewertung anderer Unterrichtsformen

Unterrichtsmethoden

Abb. 4.72.: Bewertung anderer Unterrichtsformen

4. ANHANG

85

4.4. EPILOG

Seit dem Beginn des 2. Halbjahres 2006/2007 wird die Klasse E2 vom Verfasser selbständig in den Fächern Chemie und Physik unterrichtet. Vier SchülerInnen haben aus verschiedenen Gründen die Schule verlassen, die Arbeit mit den verbliebenen 20 SchülerInnen (bezogen auf die Schulherkunft: GY: 7 [± 0], RS: 9 [- 2] und WRS: 4 [-2]) kann auf fachlicher wie auch auf persönlicher Ebene weiterhin als überaus angenehm bezeichnet werden. Die Leistungen der SchülerInnen sind kontinuierlich angestiegen: Der Durchschnitt der dritten Klassenarbeit in Chemie vom 29. März 2007 lag bei 2,77 (- 1,16 gegenüber der ersten Klassenarbeit). Allerdings sind die Unterschiede zwischen den ehemaligen GymnasiastInnen (ø 2,39, - 0,87), RealschülerInnen (ø 2,78, - 1,19) und WerkrealschülerInnen (ø 3,43, - 1,20) immer noch erheblich, wenngleich die beiden zuletzt genannten Untergruppen überdurchschnittlich „aufgeholt“ haben1. Diese Beobachtungen lassen sich auch auf die Schülerleistungen im Fach Physik übertragen. Übrigens: Zwei Schüler haben die Beschäftigung mit physikalischen Trennverfahren als Grundlage für weiterführende Arbeiten in einer Projektwoche benutzt: Bei dem Thema „Isolierung und Charakterisierung von Trimyristin aus Muskatnüssen“ setzten sie ihre Kenntnisse in Chromatographie, Destillation und Extraktion mit großen Engagement gewinnbringend ein.

1

Möglicherweise ist dieser Effekt aber auch nur auf die Abmeldung der vier eher leistungsschwachen SchülerInnen zurückzuführen.

M ein besonderer, spezieller, liebevoller und Sow ieso-imm er-w ieder-D ank gilt dem H ilfsw erk R IE S (Referendare in etlichen Schw ierigkeiten) m it Sitz in N ördlingen und seiner V orsitzenden und seinem einzigen M itglied, Frau P E G G Y S PIE LBE RG E R sam t M OK I . Potius sero quam numquam, sed tum in perpetuum . E benfalls gebührt m einem M entor in Chem ie, H errn Oberstudienrat K LA U S - W E RN E R H E RR M ANN

(„N oi!“) aus Kuchen neben Süßem ein herzliches D ankeschön.

M einem Fachleiter in Chem ie, H errn Oberstudienrat U LRICH K IRN E R , danke ich für die ausgezeichnete Betreuung und zahlreichen guten Ratschläge w ährend des Vorbereitungsdienstes. D em „Versuchsobjekt“ dieser A rbeit, der K LA SSE E 2 des ITG der G ew erblichen Schule in G öppingen bin ich von A w ie A LE X bis W w ie W A LD E M A R für Engagement und E insatz über die Erw artungen hinaus bei der D urchführung des G ruppenpuzzles zu D ank verpflichtet. Ich bedanke m ich aber trotzdem gerne. K eep on rockin‘!