Visualisierung Warum wir sie brauchen und wie man
Visualisierung Warum wir sie brauchen und wie man sie richtig betreibt
Einstieg Beschreiben Sie, was Sie auf den nächsten Folien sehen! Versuchen Sie, Zahlen zu nennen! Akad. Dir W. Wagner. Didaktik der Chemie, Universität Bayreuth
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Visualisierung im Unterrichtsfach Chemie • Ist Visualisierung nötig? • Begründung erforderlich aus ü den Kommunikationswissenschaften ü der Lernpsychologie und den Neurowissenschaften, sowie ü der (Fach)Didaktik. Akad. Dir W. Wagner. Didaktik der Chemie, Universität Bayreuth
Was ist ein Bild? Kommunikationswissenschaftlicher Ansatz: „Ein Bild ist eine konkrete oder abstrakte Darstellung einer rezipierbaren Realität bzw. eines Realitätsausschnittes mit potentiell Sinn konstituierender Funktion“. (Drescher 1997) aus http: //server 02. is. uni-sb. de/courses/wiki/index. php/Text_und_Bild Deutsch: Ein Bild ist eine konkrete oder abstrakte Darstellung einer wahrnehmbaren Realität bzw. eines Ausschnittes, der man einen Sinn zuordnen könnte. Kritik: greift für unsere Zwecke zu kurz; Grafiken fehlen. Akad. Dir W. Wagner. Didaktik der Chemie, Universität Bayreuth
1 Begründung aus den Kommunikationswissenschaften Grundlegende visuelle Elemente The Online Visual Literacy Project (1998) http: //www. pomona. edu/Academics/courserelated/classprojects/Visual-lit/intro. html Akad. Dir W. Wagner. Didaktik der Chemie, Universität Bayreuth
Punkt, Linie und Form Punkt . . . Linie W Akad. Dir W. Wagner. Didaktik der Chemie, Universität Bayreuth Form
Punkte führen zu Formen: Bsp. Vasarely Akad. Dir W. Wagner. Didaktik der Chemie, Universität Bayreuth
Formen werden interpretiert Mann mit Saxophon… …oder Frau ? Akad. Dir W. Wagner. Didaktik der Chemie, Universität Bayreuth
Gesichter sind bevorzugt: Bsp. Face on Mars Akad. Dir W. Wagner. Didaktik der Chemie, Universität Bayreuth
Bewegung, Bsp. 1 Erzeugt durch statische Maßnahmen http: //wiki. delphigl. com/index. php/gl. Polygon. Mode Akad. Dir W. Wagner. Didaktik der Chemie, Universität Bayreuth
Bewegung Erzeugt durch statische Maßnahmen http: //wiki. delphigl. com/index. php/gl. Polygon. Mode Akad. Dir W. Wagner. Didaktik der Chemie, Universität Bayreuth
Bewegung, Bsp. 2 Erzeugt durch dynamische Maßnahmen http: //www. svenscholz. de/index. php/2005/06/ Akad. Dir W. Wagner. Didaktik der Chemie, Universität Bayreuth
Bewegung, Bsp. 3 Erzeugt durch dynamische Maßnahmen http: //www. sinnesphysiologie. de/hvsinne/sehen/V 1. htm Akad. Dir W. Wagner. Didaktik der Chemie, Universität Bayreuth
Räumlichkeit Erzeugt durch Perspektive Akad. Dir W. Wagner. Didaktik der Chemie, Universität Bayreuth
Räumlichkeit Erzeugt durch Kombination von Grundelementen Grundelement Punkte Grundelemente Punkte+Helligkeit Grundelemente Linien+Helligkeit http: //wiki. delphigl. com/index. php/gl. Polygon. Mode Akad. Dir W. Wagner. Didaktik der Chemie, Universität Bayreuth
Orientierung Akad. Dir W. Wagner. Didaktik der Chemie, Universität Bayreuth
Struktur Akad. Dir W. Wagner. Didaktik der Chemie, Universität Bayreuth
Farbton und Sättigung Farbton („Farbe“) Sättigung Akad. Dir W. Wagner. Didaktik der Chemie, Universität Bayreuth
Bsp. hohe Sättigung (Metainformation? )
Bsp. niedrige Sättigung (Metainformation? ) Akad. Dir W. Wagner. Didaktik der Chemie, Universität Bayreuth
Helligkeit Die Felder A und B besitzen dieselbe objektive Helligkeit. Glauben Sie das? Akad. Dir W. Wagner. Didaktik der Chemie, Universität Bayreuth
Helligkeit Echt. Akad. Dir W. Wagner. Didaktik der Chemie, Universität Bayreuth
Größenverhältnis Vorsicht: was stimmt hier nicht? Ames‘scher Raum! http: //www. psychologie. uni-heidelberg. de/ae/allg/lehre/wct/w/w 8_konstanz/w 821_taeuschungen_groessenkonstanz. htm Akad. Dir W. Wagner. Didaktik der Chemie, Universität Bayreuth
2 Begründung aus Lernpsychologie und Neurowissenschaften Wahrnehmungsmodelle Akad. Dir W. Wagner. Didaktik der Chemie, Universität Bayreuth
Was ist ein Bild? Physiologischer Ansatz: „Um ein Bild zu erhalten benötigt man (im Nichts) mindestens zwei sinnlich wahrnehmbare Punkte und einen Beobachter“. (Wagner 2007) nach Ideen von G. Hüther: Die Macht der inneren Bilder; Vandenhoeck&Ruprecht, Göttingen 2006. Akad. Dir W. Wagner. Didaktik der Chemie, Universität Bayreuth
An den Sinnen orientiertes Wahrnehmungsmodell akustisch (13%) optisch (75%) olfaktorisch gustatorisch 3% haptisch Gehirn Akad. Dir W. Wagner. Didaktik der Chemie, Universität Bayreuth
An der hemisphärischen Verarbeitung orientiertes Wahrnehmungsmodell „Schwefel“ linke Hemisph. rechte Hemisph. Akad. Dir W. Wagner. Didaktik der Chemie, Universität Bayreuth
An Kommunikationskanälen orientiertes Wahrnehmungsmodell höhere visuelle Z. Decodieren Bild betrachten lesen optisch (75%) Die thermodynamisch stabile Modifikation des Schwefels ist die rhombisch kristalline Form… Gehirn akustisch (13%) sprechen (tun) Akad. Dir W. Wagner. Didaktik der Chemie, Universität Bayreuth Decodieren höhere akust. Z.
Normalform codierter Kommunikation Bsp. : „Ich sehe einen Hund. “ inneres Bild Code Satz Code Wort Code Laut Wort Code Zeichen Übertragung Schrift Code Zeichen Sprache Sender Laut Empfänger Akad. Dir W. Wagner. Didaktik der Chemie, Universität Bayreuth
Einfachste Form nichtcodierter Kommunikation inneres Bild Auswahl Einordnen äußeres Bild Sender Empfänger Akad. Dir W. Wagner. Didaktik der Chemie, Universität Bayreuth
Wichtig: „. . . it follows, that neither language nor a highly developed sense of the self or of others is necessary for consciousness to occur. . . Language does enrich consciousness considerably, but there is little hard evidence that it is necessary for conscious sensation to occur. “ C. Koch in Chalupa: The visual Neurosciences. MIT press, Cambridge, S. 1683. Akad. Dir W. Wagner. Didaktik der Chemie, Universität Bayreuth
Aus der Lernpsychologie Behaltensleistungen steigern sich gegenüber einer Kontrollgruppe (nur sprachliche Vermittlung): • Um 9, 5% bei zusätzlich: Bilder • Um 20% bei zusätzlich: Modelle • Um 32% bei zusätzlich: Originalbegegnung (betrachten) • Um 40, 7% bei zusätzlich: Originalbegegnung (verwenden) Düker, H. /Tausch, R. (1957): Über die Wirkung der Veranschaulichung von Unterrichtsstoffen auf das Behalten. In: Zeitschrift für Experimentelle und Angewandte Psychologie, 4, 384 -400. Akad. Dir W. Wagner. Didaktik der Chemie, Universität Bayreuth
Wahrnehmung von Bildern durch Augenbewegung Akad. Dir W. Wagner. Didaktik der Chemie, Universität Bayreuth
Kippende Wahrnehmung bei gleichwertigen Referenzobjekten http: //www. sinnesphysiologie. de/hvsinne/sehen/spunkt. htm Akad. Dir W. Wagner. Didaktik der Chemie, Universität Bayreuth
Visuelle Signalverarbeitung Parietallappen (Scheitel~) V 5 Frontallappen V 5 WO ? A WAS Temporallappen V 2 V 4 (Schläfen~) TE Kleinhirn V 1 primärer visueller Cortex (kommt vom Kniehöcker aus der Mittelfurche an die hintere Oberfläche) V 2 -V 5 zweiter bis fünfter visueller Cortex A Assotiationsfelder V 3 Occipitallappen V 1 (Hinterhaupts~) Akad. Dir W. Wagner. Didaktik der Chemie, Universität Bayreuth
Auditive Signalverarbeitung S 1 primäres Sprachzentrum Parietallappen (Scheitel~) S 2 sekundäres Sprachzentrum (Wernicke-Areal) Frontallappen M motorische Felder (Broca-Areal) A Assotiationsfelder A M S 1 S 2 Occipitallappen V (Hinterhaupts~) Temporallappen (Schläfen~) Kleinhirn Akad. Dir W. Wagner. Didaktik der Chemie, Universität Bayreuth
Getrennte Wege für visuell und auditiv A V 1 Akad. Dir W. Wagner. Didaktik der Chemie, Universität Bayreuth
„Chunks“ = Sinneinheiten Akad. Dir W. Wagner. Didaktik der Chemie, Universität Bayreuth
„Chunks“ = Sinneinheiten kind child copil anak enfant dziecko gyerek criança Akad. Dir W. Wagner. Didaktik der Chemie, Universität Bayreuth
Zu viele Sinneinheiten Die Situation: Akad. Dir W. Wagner. Didaktik der Chemie, Universität Bayreuth
Zu viele Sinneinheiten In unstrukturierter Umgebung muß das Auge geführt werden: Akad. Dir W. Wagner. Didaktik der Chemie, Universität Bayreuth
Zu viele Sinneinheiten In strukturierter Umgebung fällt dasselbe Element auf: Chalupa: The visual Neurosciences. MIT press, Cambridge. Akad. Dir W. Wagner. Didaktik der Chemie, Universität Bayreuth
Falsche Codierung © Roland Spinola Akad. Dir W. Wagner. Didaktik der Chemie, Universität Bayreuth
Bezug Bild - Sprache Welches Bild hat welchen Titel? Takete Akad. Dir W. Wagner. Didaktik der Chemie, Universität Bayreuth Maluma
3 Begründung aus der Fachdidaktik Akad. Dir W. Wagner. Didaktik der Chemie, Universität Bayreuth
Erkenntnisebenen Makroskopische Ebene: • Stoff-Ebene, konkret (anfassbar) • Populationen von Molekülen • Physikalische und Material-Eigenschaften Submikroskopische Ebene: • Teilchen-Ebene, abstrakt • chemische Eigenschaften • einzelne Moleküle („Aussehen“) • verschiedene Modelldarstellungen Akad. Dir W. Wagner. Didaktik der Chemie, Universität Bayreuth
Beispiel: Denkfiguren 1 Makroskopische und submikroskopische Ebene Akad. Dir W. Wagner. Didaktik der Chemie, Universität Bayreuth
Beispiel: Denkfiguren 2 Aufbau von Unterricht und Vortrag • Wenige Elemente • symmetrisch Daraus zieht das Gehirn die Schlußfolgerung : • das ist ja einfacher als gedacht • kann ich • freu mich, Erfolg. Akad. Dir W. Wagner. Didaktik der Chemie, Universität Bayreuth
Codierungsgrad Schrift Denkfigur Grafik Foto Akad. Dir W. Wagner. Didaktik der Chemie, Universität Bayreuth Film
Beispiel 1: Der Wasserdampf Ikarus, Natur & Technik 5, Oldenbourg, S. 51 Akad. Dir W. Wagner. Didaktik der Chemie, Universität Bayreuth
Beispiel 2: Proteinstruktur Jgst. 9: Wo sind die H-Brücken? Die weiße Bandstruktur? Die wäre helical. Akad. Dir W. Wagner. Didaktik der Chemie, Universität Bayreuth
Zusatzbeispiel: zu knappe Bildunterschrift Wo ist die Natronlauge drin? Akad. Dir W. Wagner. Didaktik der Chemie, Universität Bayreuth
Zusatzbeispiel: falsche Bildunterschrift Wie bitte? Akad. Dir W. Wagner. Didaktik der Chemie, Universität Bayreuth
Erinnerung: Wahrnehmungsgesetze z. B. Gesetz der glatt durchlaufenden Linie: Akad. Dir W. Wagner. Didaktik der Chemie, Universität Bayreuth
Wahrnehmungsgesetze. . . gelten auch für Folien, Arbeitsblätter und Abbildungen: Akad. Dir W. Wagner. Didaktik der Chemie, Universität Bayreuth
Beispiel 3: Das Molkonzept Quelle: Schülerheft, GMG Bayreuth, 12/2007. Masse Atommasse m [g] Dichte Volumen Teilchenzahl N Molare Masse Molares Volumen V [l] Avogadro. Konstante Stoffmenge n [mol] Stoffmengenkonzentration • Viel zu viele Elemente • Keine Reduktion der Zahl möglich, nicht durch Symmetrie und nicht durch Gruppierung Daraus zieht das Gehirn die Schlußfolgerung : • kompliziert • kann ich nicht. Akad. Dir W. Wagner. Didaktik der Chemie, Universität Bayreuth
Beispiel 3: Das Molkonzept Atommasse Teilchenzahl Masse m [g] N Molare Masse Avogadro. Konstante Dichte Molares Volumen Stoffmenge Volumen V [l] Stoffmengenkonzentration n [mol] Maßnahme 1: • Unterscheidung der Qualitäten „Basisgröße“ und „Hilfsgröße zur Umwandlung“; erfordert ZWEI Blicke zum erfassen. • Einsatz als Arbeitsfolie und Zusammenfassung • Zur Erarbeitung Gliederung nötig • Nachteil: zentrale Stellung von n nicht deutlich. Akad. Dir W. Wagner. Didaktik der Chemie, Universität Bayreuth
Beispiel 3: Das Molkonzept Atommasse Dichte Volumen Masse V [l] m [g] Stoffmengenkonzentration Teilchenzahl N Molare Masse Avogadro. Konstante Molares Volumen Stoffmenge n [mol] Maßnahme 2: • Stärkere Betonung der zentralen Stellung von n • Hohes Maß an Symmetrie • n noch nicht optimal im Zentrum Akad. Dir W. Wagner. Didaktik der Chemie, Universität Bayreuth
Beispiel 3: Das Molkonzept Alternative: m(X) m(Y) N(X) N(Y) V(X) c(X) n(X) : n(Y) V(Y) c(Y) • grundsätzlich auch noch zu viele Elemente, aber. . . • Reduktion der Zahl durch Symmetrie und Gruppierung möglich. • n ideal zentralisiert. Akad. Dir W. Wagner. Didaktik der Chemie, Universität Bayreuth
Persönliche Bewertung? Atommasse Teilchenzahl Masse m [g] N m(X) Molare Masse Avogadro. Konstante Dichte n(X) : n(Y) c(X) Molares Volumen Stoffmenge Volumen V [l] N(X) V(X) m(Y) Stoffmengen -konz. n [mol] Akad. Dir W. Wagner. Didaktik der Chemie, Universität Bayreuth N(Y) V(Y) c(Y)
Negativbeispiel: Diamantenpreise Tufte, Edward R. : Envisioning Information. Graphics Press, Cheshire, Connecticut 1990. Akad. Dir W. Wagner. Didaktik der Chemie, Universität Bayreuth
Didaktische Planung Tafelskizze… Bewegtes Bild Materielles Modell Einführung Problemfindung Lösungsplanung Mathem. Modell Denkmodell Erarbeitung/Lösung Modellexperim. Festigung Entdeckend… Anwendung Realexperiment Entwickelnd Fragend Dokumentation Forschend Wo Zusammenf. mediales Wie Hierarchisierung (did. Orte) Klassifizierung Übertragung Visualisierung Jgst. 5 Für wen Jgst. 6 (Zielgrp. ) Jgst. 7 Jgst. 8 Jgst. 9 Jgst. 10 Jgst. 11 Jgst. 12 Verfahrens-Wie Zeitliche Abläufe (Masse) Zeitliche Abläufe (Energie) Was Teilchenstruktur (Inhalte) Formelschreibweise Denkstruktur Messwerte Vereinbarungen Naturgesetz… Differenz. grp. Akad. Dir W. Wagner. Didaktik der Chemie, Universität Bayreuth
Fallbeispiel allgemein Gut: • Anbieten von Bild und Ton: die Leistungen beider Wege werden im Gehirn genutzt. • Synchrones Anbieten: die richtige Interpretation wird durch das Gesetz der Nähe unterstützt. • Widerspruchsfreie Information auf den beiden Kanälen: weil das Gehirn Bearbeitungszeit spart • einfach codiert: gut, weil das Gehirn mit einem Durchlauf zum Ergebnis kommt. Schlecht: • Präsentieren von Bild oder Ton: ein Weg wird vergeben. • Zeitversetztes Anbieten: Zusammengehörigkeit der Information wird nicht erkannt. • Widerspruch zwischen den beiden Kanälen: das Gehirn muss öfter zur Überprüfung ansetzen mehrfach codiert: schlecht, weil das Gehirn mehrere Durchläufe benötigt. • Akad. Dir W. Wagner. Didaktik der Chemie, Universität Bayreuth
Fallbeispiel konkret: Variante 1 Aufgabe: Formulieren Sie eine allgemeine Aussage über den Verlauf der Schmelzpunkte bei Carbonsäuren! Chemische Bezeichnungen und Schmelzpunkte (°C) : Methansäure; 8, 4, Ethansäure; 16, 6, Propansäure; -22, Butansäure; -5, Pentansäure; -34, 5, Hexansäure; -1, 5, Heptansäure; -11, Octansäure; 16, 5, Nonansäure; 12, 5, Decansäure; 31, 5, Undecansäure; 28, Dodecansäure; 44, Tridecansäure; 43, Tetradecansäure; 54, 5, Pentadecansäure; 52, 3, Hexadecansäure; 63, Heptadecansäure; 61, Octadecansäure; 69 Akad. Dir W. Wagner. Didaktik der Chemie, Universität Bayreuth
Variante 2 Aufgabe: Formulieren Sie eine allgemeine Aussage über den Verlauf der Schmelzpunkte bei Carbonsäuren! Chemische Bezeichnungen Schmelzpunkte (°C) Methansäure Ethansäure Propansäure Butansäure Pentansäure Hexansäure Heptansäure Octansäure Nonansäure Decansäure Undecansäure Dodecansäure Tridecansäure Tetradecansäure Pentadecansäure Hexadecansäure Heptadecansäure Octadecansäure 8, 4 16, 6 -22 -5 -34, 5 -11 16, 5 12, 5 31, 5 28 44 43 54, 5 52, 3 63 61 69 Akad. Dir W. Wagner. Didaktik der Chemie, Universität Bayreuth
Variante 3 Aufgabe: Formulieren Sie eine allgemeine Aussage über den Verlauf der Schmelzpunkte bei Carbonsäuren! 80 60 40 20 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 -20 -40 Temperatur Akad. Dir W. Wagner. Didaktik der Chemie, Universität Bayreuth
Variante 4 Aufgabe: Formulieren Sie eine allgemeine Aussage über den Verlauf der Schmelzpunkte bei Carbonsäuren! Schmelztemperatur von Carbonsäuren (C-Atome) 80 Temperatur 60 40 20 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 Temperatur 8. 416. 6 -22 -5 -34. 5 -1116. 512. 531. 528 44 4354. 552. 363 61 69 -20 -40 Akad. Dir W. Wagner. Didaktik der Chemie, Universität Bayreuth
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Zusatzbeispiel Wo befindet sich die Zone mit den „T“? Akad. Dir W. Wagner. Didaktik der Chemie, Universität Bayreuth
Nicht ganz gleichwertige Interpretationen Akad. Dir W. Wagner. Didaktik der Chemie, Universität Bayreuth
Bewegung: wie viele Punkte sehen Sie? Akad. Dir W. Wagner. Didaktik der Chemie, Universität Bayreuth
Kontextabhängige Interpretation Akad. Dir W. Wagner. Didaktik der Chemie, Universität Bayreuth
Kontextabhängige Interpretation Sehen Sie Da. Vinci? Wie viele? Oder Reiter? Wie viele? Oder beides? Akad. Dir W. Wagner. Didaktik der Chemie, Universität Bayreuth
Kontextabhängige Interpretation Was sehen Sie? Wann? Warum? Akad. Dir W. Wagner. Didaktik der Chemie, Universität Bayreuth
Beispiel 3: Das Molkonzept Variante 2: Masse Dichte m [g] Atommasse Molare Masse Stoffmengenkonzentration V [l] Teilchenzahl Stoffmenge Volumen Molares Volumen n [mol] Avogadro. Konstante N Akad. Dir W. Wagner. Didaktik der Chemie, Universität Bayreuth
Finden Sie die Zahl, die sich rechts von einem Punkt, oberhalb eines Sterns, unterhalb einer fünf und links von einem Buchstaben R befindet! Finden Sie die Zahl, die sich rechts von einem Punkt, oberhalb eines Sterns, unterhalb einer fünf und links von einem Buchstaben R Akad. Dir W. Wagner. Didaktik der Chemie, Universität Bayreuth befindet! Finden Sie die Zahl, die sich rechts von einem Punkt, oberhalb eines Sterns, unterhalb einer fünf und links von einem Buchstaben R befindet!
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