5. – 13. Schuljahr

Niklas Schneeweiß und Bernhard Sieve

Experimentieren mit digitalen Werkzeugen

Denkt man an das Experimentieren unter Nutzung digitaler Werkzeuge, so fallen einem spontan meist Stichworte wie die sensorgestützte Erfassung von Messwerten einzugegeben, ein im Chemieunterricht der Sekundarstufe II und vor allem in Labor und Forschung typisches Anwendungsfeld digitaler Technik, auf das auch der Chemieunterricht vorbereiten muss. Neben diesem Feld der Datenaufnahme und der Datenaufbereitung können digitale Werkzeuge insbesondere die Planung, Dokumentation und die Auswertung von Experimenten unterstützen. Nachfolgend werden diese Potenziale näher ausgeführt.
Experimente planen und visualisieren
Zum Experimentieren gehört nicht nur das kochbuchartige Abarbeiten einer Versuchsvorschrift, sondern auch das eigenständige Entwickeln von Experimenten, mit denen zuvor formulierte Hypothesen überprüft werden können. Dazu müssen Lernende die benötigten Materialien zusammenstellen sowie bei komplexeren Versuchen geeignete Apparaturen selbst konstruieren. Digitale Abbildungen von einzelnen Glasgeräten und anderen Experimentiermaterialien, die beispielsweise am interaktiven Whiteboard präsentiert und von den Lernenden zu einer geeigneten Apparatur zusammengestellt werden, machen die Konstruktion von Versuchsaufbauten nachvollziehbar und stellen zugleich eine visuelle Vorlage für den Aufbau der realen Apparatur dar (vgl. [1]). Eine sehr einfache schülertaugliche Alternative dazu stellt die Webseite https://www.chemix.org dar.
Beobachtungen dokumentieren
Nach der Durchführung eines Experiments geht es an die Auswertung. Hierbei stellt die Dokumentation der Versuchsbeobachtungen für die Lernenden mitunter eine Hürde dar, da das Experiment bereits durchgeführt ist und so die Besonderheiten des Versuchsaufbaus sowie die Abfolge der beobachteten Phänomene den Lernenden ggf. nicht mehr hinreichend präsent sind. Ferner müssen die Beobachtungen beim Protokollieren mit Worten umschrieben werden, was eine Übersetzungsleistung erfordert und ggf. zur Suche nach den richtigen Worten führt. Diese Umstände zeigen sich insbesondere bei Demonstrationsexperimenten, in denen die Lernenden eher die Rolle von Beobachtenden einnehmen.
Zur Unterstützung der Dokumentation von Beobachtungen wird das Erstellen von Videos zum jeweiligen Experiment empfohlen [2]. Zentrale Phänomene können dabei wiederholt betrachtet, Beobachtungsergebnisse präzisiert und veranschaulicht werden. Auch ein Rückgriff auf die Phänomene zur Aktivierung der Lernenden in den folgenden Unterrichtsphasen und -stunden ist dadurch leichter möglich. Dokumentenkameras und vor allem Smartphones und Tablets liefern hier sehr gute Dienste. Bei Letzteren können sowohl Bilder und Videos vom Experiment erstellt als auch direkt weiter bearbeitet werden. Beispielsweise lassen sich aus den Filmsequenzen per Screenshot Einzelbilder von zentralen Beobachtungen erstellen. Eingebunden in ein digitales Protokoll kann so der Versuch deutlich besser nachvollzogen werden. Von besonderem didaktischen Wert sind hier Zeitlupen- und Zeitrafferaufnahmen, die mittlerweile mit jedem Smartphone und/oder Tablet erstellt werden können. Zu schnelle und zu langsame Vorgänge werden durch die Ent- bzw. Beschleunigung unserer Wahrnehmung zugänglich und für die Erklärung von Phänomenen nutzbar. Ebenso verhält es sich mit Thermobildern, wie sie im Beitrag von Bohrmann-Linde und Kleefeldt vorgestellt werden. Thermische Phänomene, die für unser Auge unsichtbar sind, lassen sich so optisch erfahrbar machen.
Daten erfassen und verarbeiten
Analoge Daten sammeln
Das Erfassen und Verarbeiten von Daten gehört zum Chemieunterricht. So werden im Anfangsunterricht häufig einzelne Messwerte analog gewonnen. Beispiele sind die Massenänderung bei der Bildung von Kupfersulfid aus Kupfer und Schwefel oder die Bestimmung der Dichte von Gegenständen. Für die Auswertung derartiger Experimente werden meist die...

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