Zusammenfassung |
| Im gymnasialen Chemieunterricht bildet das Verständnis chemischer
Bindungen und zwischenmolekularer Kräfte die Grundlage für die
Behandlung komplexerer Themen. Schülerinnen und Schüler
vernachlässigen allerdings tendenziell die Unterschiede zwischen
den verschiedenen Bindungsarten
(Metall-/Nichtmetall-/Ionenbindung). Die kovalente Bindungsart
wird oft auf alle andern übertragen (Übergeneralisierung). Das
Ziel dieser Dissertation ist es, solche Fehlvorstellungen auf
Gymnasial- und Universitätsstufe mittels schriftlicher
Befragungen zu diagnostizieren und das Verständnis für chemische
Bindungen mittels selbst entwickelter und im Unterricht
evaluierter Lernmaterialien zu fördern. Die Stichprobe umfasste
Gymnasiastinnen und Gymnasiasten (3 Gymnasien, nur Pilotstudie)
sowie ETH-Studierende (v.a. 1. Jahr; naturwissenschaftliche
Fachrichtungen). In den Befragungen (NGym = 182, NUni = 175
[Pilot]; 1017 Befragung 1, 970 Befragung 2) wird die Tendenz zur
Übergeneralisierung bestätigt. Auf Gymnasialstufe waren auch nach
Behandlung des Themas Unsicherheiten beim Unterscheiden
chemischer Bindungen/zwischenmolekularer Kräfte verbreitet. In
der Unterrichtseinheit (23 Lektionen) wurden die Bindungsarten
parallel zu Beginn eingeführt (nicht wie gewöhnlich nacheinander)
bei gleichzeitiger Hervorhebung der Unterschiede zu den anderen
Bindungsarten. Dabei zeigte sich, dass die 10
Interventionsklassen (N = 218) von diesem vermehrten Vergleichen
und Kontrastieren stärker beim Aufbau ihres konzeptuellen
Verständnisses profitierten als die 5 Kontrollklassen (N = 108)
vom herkömmlichen Unterricht. Beim Einsatz der Lernmaterialien
in einem ETH-Vorbereitungskurs (N = 280) konnte zudem gezeigt
werden, dass sich das konzeptuelle Verständnis der Studierenden
nach 7 Lektionen stark verbesserte und die Häufigkeit von
Fehlkonzepten im Vergleich zum Vortest deutlich reduziert werden
konnte. Der Autor kommt infolgedessen u.a. zum Schluss, dass mit
diesen Materialien das Thema «chemische Bindungen» und
«zwischenmolekulare Kräfte» lernwirksam und nachhaltig
unterrichtet werden kann. |
Description du projet |
| Au gymnase, la compréhension des liaisons chimiques et des forces
intermoléculaires constitue une base indispensable pour pouvoir
traiter des sujets plus complexes en cours de chimie. Les élèves
ont cependant tendance à faire abstraction des différences entre
les différents types de liaisons (métalliques/non
métalliques/ioniques). Ainsi, le type de liaison covalente est
souvent appliqué à tous les autres types de liaisons
(surgénéralisation). L’objectif de la présente thèse est de
diagnostiquer au moyen d’enquêtes écrites de telles conceptions
erronées au gymnase et dans l’enseignement supérieur et de
promouvoir la compréhension des liaisons chimiques par
l’utilisation du matériel d’apprentissage développé par l’auteur
et évalué en classe. L’échantillon étudié se composait de
gymnasien-ne-s (3 gymnases, étude pilote uniquement) ainsi que
d’étudiant-e-s de l’EPF (surtout en 1re année; sciences
naturelles). Les enquêtes (Ngym = 182, Nuniv = 175 [pilote]; 1017 pour l’enquête 1, 970 pour l’enquête 2) confirment la
tendance à la surgénéralisation. Au gymnase, des incertitudes
quant à la distinction entre liaisons chimiques et forces
intermoléculaires restaient nombreuses même après le traitement
du sujet. Dans l’unité d’enseignement (23 leçons), les types de
liaison ont été introduits simultanément au début (et non pas
successivement tel que cela est habituellement le cas), tout en
soulignant les différences avec les autres types de liaisons. Il
s’est avéré que par rapport à l’enseignement traditionnel
pratiqué dans les cinq classes de contrôle (N = 108), cette
comparaison et cette mise en contraste renforcées dans les 10
classes d’intervention (N = 218) ont davantage aidé les élèves à
développer leur compréhension conceptuelle. L’utilisation du
matériel d’apprentissage dans un cours préparatoire à l’EPF (N =
280) a en outre révélé que la compréhension conceptuelle des
étudiant-e-s s’est fortement améliorée après 7 leçons et que la
fréquence des conceptions erronées a pu être nettement réduite
par rapport au prétest. L’auteur en conclut notamment que ce
matériel permet d’enseigner les «liaisons chimiques» et les
«forces intermoléculaires» de manière efficace et durable. |
Schlüsselbegriffe |
| Gymnasium, Sekundarstufe II, Universität, universitäre Hochschule,
angehende Studierende, ETH, Entwicklung, Lernmaterial, Verständnis,
chemische Bindung, Chemie, Naturwissenschaften, Unterricht,
Didaktik,
Übergeneralisierung
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Mots-clés |
| gymnase, degré secondaire II, université, haute école universitaire,
futurs étudiant-e-s, EPF, développement, matériel d’apprentissage,
compréhension, liaison chimique, chimie, sciences naturelles,
enseignement, didactique, surgénéralisation
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Publikationen / Publications |
| Zwyssig, A. (2023). Diagnosing and Promoting the Understanding of
Chemical Bonding (Dissertation, ETH Zürich).
https://doi.org/10.3929/ethz-b-000615623 |
Methodologie / Méthodes de recherche |
| quasi-experimentelle Vergleichsstudie, Interventionsstudie,
schriftliche
Befragungen (paper-pencil, online), Varianzanalysen, psychometrische
Analyse, Vor- und Nachtest-Untersuchung
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Geographische Angaben / Délimitation géographique |
| Deutschschweiz |
Projekttyp / Type de recherche |
| Eigenprojekt im Rahmen einer Dissertation |
Auftraggeber / Mandant de la recherche |
| kein Auftrag |
Finanzierung / Financement |
| im Rahmen der finanziellen Mittel der aufgeführten Institution und Eigenfinanzierung |
