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Digitalisierung: Mit einem E‐Book in die organische Chemie starten

Von Wiley-VCH zur Verfügung gestellt

Wenn E-Books für den Chemieunterricht als interaktive Selbstlernbücher gestaltet sind, also beispielsweise Erklärvideos, Quizze oder Lern-Apps enthalten, fördern sie eigenständiges Arbeiten der Lernenden. Auch Experimentieranleitungen bieten sich als Inhalt solcher Selbstlernbücher an.

Im Chemieunterricht gibt es reichlich Gelegenheiten, digitale Medien einzusetzen: Schüler können bei Experimenten Messwerte mit digitalen Geräten erfassen. Versuche können sie mit einem digitalen Laborjournal dokumentieren oder auf Video aufnehmen (Abbildung 1).1) Einen einmal aufgenommenen Versuch können sie später wiederholt ansehen und nachvollziehen, zum Beispiel um sich auf eine Prüfung vorzubereiten. Vertonte Erklärvideos unterstützen das Lernen über Hören und Sehen gleichzeitig, sodass sich die Lernenden besser an die Inhalte erinnern. Erklärvideos geben einen Überblick über ein Themengebiet und lassen sich unterbrechen, zum Beispiel für Denkpausen, und mehrfach abspielen. Dies hilft beispielsweise bei komplexeren Themen oder bei Berechnungen.

Produzieren Lernende nach dem Prinzip „Lernen durch Lehren“ ein Erklärvideo selbst, so sind sie gefordert, Inhalte vernetzt mit dem fachlichen Hintergrund und verständlich zu präsentieren sowie Fachsprache passend einzusetzen.2)

Mit Lern-Apps können Schüler Inhalte selbstständig zusammen fassen, üben, anwenden und überprüfen.

Trotz dieser Fülle an Möglichkeiten schöpft Chemieunterricht das Potenzial digitaler Medien häufig nicht aus. Der Vorbereitungsaufwand, Videos und Inhalte selbst zu produzieren, ist möglicherweise zu groß; die Suche nach Medien, die sich für den jeweiligen Einsatz eignen, für Lehrende sehr aufwendig. Können Lehrkräfte auf digitale Unterrichtsmaterialien zurückgreifen, die an die Lehrpläne angepasst sind, werden diese Hürden kleiner.

Mehrere Medien in einem

Ein Format, das mehrere digitale Tools und Angebote vereint, sind E-Books.3,4) Anders als digitale Schulbücher, die oft nicht mehr als pdf-Versionen der zugehörigen Printfassungen sind, können E-Books Lernenden im Chemieunterricht parallel zu den Inhalten interaktive Elemente wie H5P-Videos und Rätsel zur Verfügung stellen. Zuden lassen sie ihnen Raum, eigene Ergebnisse, zum Beispiel im Labor, zu dokumentieren. Ein E-Book kann Informationstexte enthalten, Versuchsanleitungen, beschreibbare Textfelder, Fotos, Grafiken, Zeichnungen und Piktogramme, Lern-Apps, Erklärvideos, Audioaufnahmen, QR-Codes, Augmented Reality, interaktive Diagramme und Links.

Ein interaktives E-Book kann die Einsatzmöglichkeiten digitaler Medien miteinander verknüpfen, und zwar ohne Medienbruch, also ohne Wechsel zwischen Papierheft, Arbeitsblättern, Buch, projizierten Anweisungen oder Informationen. Lehrkräfte und Schüler:innen müssen dann nicht mehr Arbeitsblätter oder Mitschriften ergänzend zu Videos oder Quizzen zusammensuchen.

Mit E-Books lässt sich auch nach dem Prinzip des flipped classrooms unterrichten, bei dem Lernende einen Teil der Inhalte bereits zu Hause erarbeiten, etwa mit einem integrierten Quiz, Text oder Erklärvideo.2) Die Möglichkeiten, unterschiedliche Elemente in ein E-Book zu integrieren und damit das Arbeiten selbst zu organisieren, erlaubt es der Lehrkraft, den Unterricht stärker zu differenzieren.5)

Beispiel organische Chemie für Anfänger

Das Selbstlernbuch „Einführung in die organische Chemie“ ist ein Beispiel, wie ein interaktives E-Books für den Chemieunterricht aussehen kann und welche Elemente dabei integriert sind. Bei diesem Selbstlernbuch sind der inhaltlich-experimentelle und der mediendidaktisch-methodische Strang miteinander verwoben.

Inhaltlich wird im E-Book die organische Chemie am Ende der Sekundarstufe I ganz klassisch eingeführt: über die Unterscheidung zwischen anorganischen und organischen Stoffen sowie darauf folgend mit der Betrachtung organischer Stoffe bei Hitzeeinwirkung (Kohlungsprobe). Dann führt das Buch die Stoffklasse der Alkane als Vertreter der Kohlenwasserstoffe ein mit Methan als erstem Beispiel.

Auf die Beschreibung einer Elementaranalyse folgt ein Video, das erklärt, wie eine Summenformel ermittelt wird und wie man mit der Stoffmenge und der molaren Masse rechnet.

Fachbezogen sollen die Schülerinnen und Schüler Versuche durchführen und auf Video dokumentieren. Digitalisierungsbezug entsteht dadurch, dass sie schrittweise Erklärvideos erstellen, indem sie angeleitet werden, zunächst den Versuch auf Video aufzunehmen, sich in der Folge mit Filmschnitt und Vertonung befassen und schließlich ein Gesamtkonzept für das Erklärvideo entwickeln. Damit erfüllt das E-Book die Vorgaben der Bildungspolitik, nach denen die Förderung digitalisierungsbezogener Kompetenzen eine Aufgabe aller schulischen Sachfächer ist.6)

Die Tabelle auf Seite 36 gibt einen Überblick über die Elemente und Versuche sowie über die Kompetenzschulungen und die Filmaufgabe.

Experimente im E-Book

Im digitalisierten Chemieunterricht muss der handwerkliche Aspekt des Experimentierens nicht zu kurz kommen, das Experiment kann eine zentrale Rolle haben. (Hierbei ist der Unterricht in der Schule gemeint, nicht der digitale Distanzunterricht.) Praktische Tätigkeiten werden mit digitalisierungsbezogenen verwoben, Arbeit im realen Raum und Arbeit mit digitalen Medien (virtueller Raum) werden miteinander verknüpft. Damit wird der Unterricht unterschiedlichen Lerntypen gerecht, zum Beispiel dem auditiven, dem optisch-visuellen, dem haptischen oder dem kognitiv-intellektuellen Typ, und kann Lernen auf verschiedenen Ebenen ermöglichen. Nehmen die Lernenden beispielsweise ein Experiment auf, müssen die Experimentieraufbauten sicher, übersichtlich und nachvollziehbar sein. Die Lernenden müssen sinnvolle Bildausschnitte wählen sowie zielgerichtet und strukturiert experimentieren. Dies kann zu einem größeren Lerneffekt führen als ein Versuch ohne Videoaufzeichnung.

Um den Film eines Experiments zu vertonen, müssen die Schülerinnen und Schüler vorher genau planen, welche Fachbegriffe die Inhalte zielgruppengerecht und fachlich adäquat ausdrücken; dies kann das Erlernen der Fachsprache fördern.

Die Jugendlichen gewinnen zudem an Digitalisierungskompetenzen, wenn Versuche in das digitale Lernen integriert werden. Sie erwerben die Fähigkeiten, ein Video technisch sauber, mit definiertem Fokus und Bildausschnitt sowie guter Beleuchtung zu erstellen, Filme zu schneiden und zu vertonen, wie von der Kultusministerkonferenz gefordert (Kompetenzbereich „Produzieren und Präsentieren“).6)

Entwicklung und Erprobung

Das interaktive E-Book wurde im Sinne eines partizipativen Forschungsansatzes entwickelt, also bei dem Lehrkräfte und teilweise auch Lernende in den Entwicklungs- und Forschungsprozess aktiv eingebunden waren. Der Prototyp wurde zunächst in den eigenen Klassen der Autorin Soraya Cornelius und dann in fremden Klassen der Stufe 10 an Gymnasien erprobt und evaluiert. Auf Grundlage der Erfahrungen und Ergebnisse, darunter die Mitschriften und Erklärvideos der Lernenden, sowie der Rückmeldungen der Lernenden und Lehrenden wurde das E-Book anschließend optimiert. Aktuell wird es mit einer größeren Kohorte von etwa 500 Schülern in Baden-Württemberg erprobt.

Titelseite des E-Books für den Anfangsunterricht in organischer Chemie.

Teil des interaktiven OC-E-Books: Ein Schülerversuch wird aufgezeichnet und so dokumentiert.

Ein Beispiel für Aufgaben, Bilder und beschreibbare Textfelder im E-Book.

Übersicht über Inhalte (Themen, Elemente und Versuche) und Methoden (Kompetenzschulung und Film-Aufgabe) im E-Book „Einführung in die organische Chemie“.

Die Autorinnen

Den Beitrag haben Soraya Cornelius (oben) und Claudia Bohrmann-Linde verfasst. Cornelius ist Chemielehrerin am Otto-Hahn-Gymnasium in Nagold. Sie hat Chemie sowie Naturwissenschaft und Technik (NwT) an der Universität Tübingen studiert und dort im Jahr 2017 ihr 2. Staatsexamen abgelegt. Als externe Doktorandin untersucht sie seit 2018 im Arbeitskreis Bohrmann-Linde die Wirksamkeit von selbstgedrehten Erklärvideos. Bohrmann-Linde ist Professorin für Didaktik der Chemie an der Universität Wuppertal, davor forschte und lehrte sie an der Universität Tübingen. bohrmann@uni-wuppertal.de

AUF EINEN BLICK

Für Lehrkräfte bedeutet es oft hohen Aufwand, digitale Medien im Chemieunterricht einzusetzen.

Eine Möglichkeit, digitale Medien und klassische Informationstexte zu verzahnen und so den Aufwand zu verringern, bieten interaktive E-Books.

Bestandteil können Experimentieranleitungen sein, die beispielsweise elektronische Aufzeichnung, Dokumentation und Auswertung der Versuche integrieren.

  • 1 J. Huwer, „EXPlainistry: Experimente mit selbst erstellten Videos dokumentieren, erklären und visualisieren“, in: J. Meßinger-Koppelt, J. Maxton-Küchenmeister (Hrsg.), Naturwissenschaften digital, Joachim Herz Stiftung, Hamburg 2021, 66–69
  • 2 S. Dorgerloh, K. Wolf, Lehren und Lernen mit Tutorials und Erklärvideos. Beltz, Weinheim, 2020, 63, 116
  • 3 D. Zeller, R. Grandrath, C. Bohrmann-Linde, Chemie & Schule 2021, 36, 9–13
  • 4 R. Grandrath, C. Bohrmann-Linde, Math. Nat. Unterr. 2021, 74, 235–240
  • 5 S. Hußmann, S. Prediger, Praxis der Mathematik in der Schule 2007, 49, 1–8
  • 6 www.kmk.org/fileadmin/Dateien/pdf/PresseUndAktuelles/2018/Digitalstrategie_2017_mit_Weiterbildung.pdf (Stand: 12.10.2021)
  • 7 Ministerium für Kultus, Jugend und Sport Baden-Württemberg (Hrsg.): Bildungsplan des Gymnasiums, 2016, Chemie. Stuttgart, S. 7.
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