Der Schülerworkshop „Starke Stärke“ wurde aufgrund seiner Vielfalt und angelegten Förderung von Kompetenzen [wie z.B. Versuche durchführen, gewonnene Erkenntnisse bewerten und ge-gebenenfalls anwenden, komplexe Zusammenhänge in Wirtschaft und Gesellschaft auch unter naturwissenschaftlichem Blickwinkel sehen und werten (Ministerium für Kultus, Jugend und Sport Baden-Württemberg, 2004, p. 97) und seiner Verankerung im Bildungsplan der Realschule Baden-Württemberg im Fach „Naturwissenschaftliches Arbeiten“ (NWA) der Jahrgansstufe 9 (Ministerium für Kultus, Jugend und Sport Baden-Württemberg, 2004, 2004, p. 100) für diese WiSS-Studie ausgewählt. Das Unterrichtsthema „Starke Stärke“ verfolgte zahlreiche Kompetenz-ziele aus den Bildungsstandards für das Fach Chemie (KMK, 2005). Hierbei wird das Verständnis von drei Basiskompetenzen (Stoff-Teilchen-Konzept, Struktur-Eigenschaft-Konzept, Konzepte der chemischen Reaktionen) gefördert. Die angesprochenen Kompetenzbereiche sind in Tabelle 5 aufgezeigt.
In der Lerneinheit „Starke Stärke“ (vgl. Sommer, Russek, Kakoschke, & Pfeffer, 2012; Stäudel &
Sauer, 1994) beschäftigen sich die Schülerinnen und Schüler mit der Bedeutung nachwachsen-der Rohstoffe. Sie gewinnen Stärke aus nachwachsen-der Kartoffel, weisen diese nach, mikroskopieren diese und stellen eine Stärkefolie und Einweggeschirr auf Stärkebasis her. Darüber hinaus lernen sie den chemischen Aufbau und Nachweismethoden von Kohlenhydraten kennen.
Zu diesem ausgewählten Unterrichtsthema „Starke Stärke“ wurde ein Lehr-Lernarrangement (Unterrichtseinheit und zugehörige Unterrichtsmaterialien) von 8 Unterrichtsstunden (US) ent-wickelt und über drei Lerngruppen variiert: Eine Schule & Schülerlabor (Einbindung) lernt 4US im Schülerlabor und 4US im Schulunterricht (2 Vor + 2 Nachbereitungsstunden) , die Lerngrup-pe „Schule“ lernt 8US nur im Schulunterricht und eine weitere GrupLerngrup-pe „Labor“ wird 8 US im Schülerlabor unterrichtet (vergleiche Tabelle 3).
Treatment + Kontrolle Schulunterricht
Ja Nein
Skript „Starke Stärke“ + vorh.
Materialien Labor
Lehrender: NWA-Lehrerperson + Kursleiter des Schülerlabors
SCOL only (8 US)
Skript „Starke Stärke“ + vorh.
Materialien Labor
Tabelle 3: Übersicht: Lern-Lehrarrangement „Starke Stärke“
Für „SCOL & school“ wurde eine Einbettung des Schülerlaborbesuchs in die Unterrichtseinheit, die im Schulunterricht durchgeführt wird, arrangiert. Für diese Schülergruppe (SCOL & school) wurde Arbeitsmaterial in Form eines Arbeitsheftes und Experimentierboxen konzipiert. Dieses Material ist eine gekürzte Form (Vor+ Nachkurs) des zur Verfügung gestellten Materials der Gruppe „Schule“ (School only). Für diese Schülergruppe „School only“ (Unterricht an Schulen) wurde ein im naturwissenschaftlichen Schulunterricht einsetzbares Arbeitsheft (siehe Anlage 3, Gefährdungsbeurteilungen der dargestellten Schülerversuche siehe Anlage 4) und digitale Folien (siehe Anlage 5) mit entsprechenden Experimentierboxen (Fotos siehe Anlage 7, Materialliste siehe Anlage 6) rund um das Thema „Starke Stärke“ entwickelt. Die Lehrpersonen erhielten ein Begleitheft mit Erläuterungen, Hinweisen und Lösungen (nicht in der Anlage). Eine Übersicht eines möglichen Ablaufs der Unterrichtseinheit „Starke Stärke“ mit angeführten Materialien für die Lerngruppe „School only“ kann aus
Tabelle 4 entnommen werden. Jeder Aufgabe wird eine Beschreibung der erwarteten Schüler-leistung aufgeführt einschließlich der Angabe von Bewertungskriterien, die auf die Anforde-rungsbereiche bezogen sind (siehe: KMK, 2005; Erwartungshorizont:Tabelle 5).
Die passenden Experimentierboxen wurden von der Projektleiterin zusammengestellt und ver-vielfältigt. Die Experimentierboxen enthalten schulübliche Glaswaren und Chemikalien für Koh-lenhydratnachweise, des Weiteren Materialien für die Herstellung von Produkten aus „Stärke“.
Für die Schülergruppe „SCOL only“ (Workshop an der experimenta, Heilbronn) wurde ein Schü-lerskript verfasst, welches für die Kursleiterin und die Laborassistenz mit Erläuterungen ergänzt wurde. An der experimenta werden die vor Ort vorhandenen Geräte und Materialien eingesetzt.
Es folgte die Erprobung der Unterrichtsmaterialien im Rahmen einer einheitlichen Lehrerinfor-mationsveranstaltung für die an der Studie teilnehmenden Lehrpersonen. Im Schülerlabor wird das gleiche Thema „Starke Stärke“ von einer Kursleiterin oder Kursleiter durchgeführt, an den Schulen von den Lehrpersonen (siehe Tabelle 3).
US Thema Material
0. Vortest Einverständnis-erklärungen
der Eltern; Testheft 1.
Einstieg ins Thema:
Bioverpackung-konventionelle Verpackung
Zeitungsartikel „Plastikmüll im Mittelmeer“ + Fragen;
Oder Kartoffel: „Nährstoff und Rohstoff“; Vorstellen des Arbeitsheftes
Schülerarbeitsheft Arbeitsblatt: Geräte Zeitungsartikel
2. + 3. Schülerübung: Chemische Unterscheidung der KH Schülerübung 1) Einsatz der digitalen Folien
6, 8 und 9 4. Schülerübung . Einfluss von Enzymen und Säuren auf Stärke (Schülerübung 2)
5. Bezug zum Theorieteil Arbeitsheft
Digitale Folien 1-5
Hausaufgabe: Puzzle Kohlenhydrate Arbeitsheft
Kurzes Blitzlicht Fragebogen
6. Schülerübung : Verkleisterung der Stärke beim Erhitzen, Klebeversuche (Schülerübung 3) Arbeitsheft 7. Schülerübung: Stärkegewinnung aus Kartoffeln
Mikroskopieren (Schülerübung 4) Arbeitsheft
8. Schülerübung: Biologisch abbaubare Folie (Schülerübung 5)
Arbeitsblatt: Lebenslauf eines Joghurtbechers Arbeitsheft
Digitale Folien 10-12 Materialien zur Vertiefung und Differenzierung: Bau eine Amylose-Moleküls;Lückentext, Mind-Map,
Mensch-Stärke Dich-Spiel, Starke Stärke Trimono, Kreuzworträtsel „Verzweigt gestärkt“
Nachtest Testheft
6-8 Wochen Follow-Up Testheft
Themen: Kohlenhydrate und Zucker: Unterscheidung in Monosaccharide ( z.B. Glucose u. Fructose), Disaccharide (z.B. Saccharose), Polysaccharide (z.B.
Amylose), Nachweismethoden: Fehling-Probe, Seliwanoff-Probe mit Resorcin, Luglosche Lösung, Stärke als Produkt der Fotosynthese, Eigenschaften und Aufbau der Stärke, Stärkegewinnung und Mikroskopieren von Stärkekörnern, Säurehydrolyse , Enzymspaltung und Quellfähigkeit der Stärke, Verwen-dungsmöglichkeiten (z.B. Kleber), Vor- und Nachteile nachwachsender Rohstoffe exemplarisch am Bsp. von Verpackungsmaterial auf Stärkebasis (Kom-postierbarkeit /Kreislauf der Natur/ wasserlöslich/…); naturwissenschaftliches Arbeiten.
Tabelle 4: Unterrichtseinheit „Starke Stärke
Aufg. Erwartete Schülerleistung AFB F Standards E K B
Text Text: 500 Tonnen Plastikmüll im Mittelmeer
- Text erschließen
V1 Gewinnung von Stärke aus Kartoffeln - Kleinschneiden und Schälen einer Kartoffeln - Zerkleinern mit dem Stabmixer
- Aufschlämmen der Kartoffelmasse, Absetzen lassen und Dekantieren
I 2.1 3
4 6
V2 Mikroskopieren der Stärke - Bedienen vom Mikroskop
- Fachbegriffe (Objektträger,…) kennen und verwenden
- pipettieren und mit Deckgläschen abdecken ( motorische Fähigkeiten) - Skizze des Objektes
III 1.2 4
6 4,
6 2
V3 Eigenschaften von Stärke - Maßeinheiten kennen
- Feinmotorik (schnell/ langsam rausziehen) - genaues Beobachten
- Beobachtung dokumentieren - Bewerten
I 1.1 3
4 6 3
V4 Herstellung einer Folie aus Maisstärke - Maßeinheiten kennen
- genaues Beobachten - Zeitmanagement
- Feinmotorik (Auftragen auf Folie)
II 1.5 3 6 3
V5 Herstellung eines Stärkeklebers - richtige Konsistenz finden - Ergebnis prüfen und testen
II 1.5 3
4 6 1
V6 Herstellung von Einweggeschirr - genaues Abwiegen
- paralleles Arbeiten
- Umgang mit technischen Geräten
I 2.3
3.1 3
4 5,
6 1
V7 Nachweis der Spiralstruktur von Stärke
- Fachbegriffe kennen und anwenden (verdünnen, …) - Feinmotorik („wenige Tropfen“)
- Ekel überwinden (Speichel) - Temperatur ablesen
- Beobachten und Vergleichen (bei Temperaturveränderung) - Färbung erkennen
- Verständnis der Spiralstruktur von Stärke und das Einlagern von Jod
III 1.1,
1.4 3
4 4,
6 6, 3
V8 Aufbau des Stärkemolekül - Grundlagenwissen anwenden - Mengen abschätzen
- Erhitzen und Abkühlen des Versuchs
- mit Grundlagenwissen Versuch erklären können
III 3.2
V9 Nachweis von Stärke in Polymeren - geschickte Auswahl der Proben - Grundlagenwissen der Nachweise - Beobachtungen in Tabelle übertragen
- Beobachtungen vergleichen und interpretieren
II 1.5,
2.1 2 3
6 6
Tabelle 5: Erwartungshorizont Lernarrangement „Starke Stärke“
(F = Fachwissen, E= Erkenntnisgewinnung, K = Kommunikation, B = Bewerten)
3.
Studien 1-3
Naturwissenschaftsdidaktik Chemie vereinigt Forschungsmethoden aus verschiedenen Fachbe-reichen, den Erziehungswissenschaften und der empirischen Bildungsforschung. Eine Übersicht der naturwissenschaftsdidaktischen Forschungsmethoden findet sich bei Krüger, Parchmann, and Schecker (2014). Aus diesen Wissenschaften werden für die Fachdidaktik eigene Ansätze zur Erforschung des Lehrens und Lernens und zur effektiven Unterrichtsgestaltung entwickelt.
Das Neue an der empirischen Bildungsforschung im naturwissenschaftlichen Bereich der jünge-ren Zeit ist nicht das zu beobachtende Interesse an Bildung und Ergebnissen von Bildungspro-zessen, sondern die anspruchsvolle Methodologie und Forschungsmethodik, die die Effektivität von Lehr-Lern-Prozessen in komplexen Designs ergebnisoffen untersucht.
In den drei vorgestellten Studien spiegelt sich die Breite des Forschungsfeldes wider. Die Artikel könnten sowohl für den fachdidaktischen Forscherkreis als auch für die empirische Bildungsfor-schung von Interesse sein.