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Chemie im Kontext - Eine Untersuchung auf Grundlage von Basiskonzepten der allgemeinen Chemie in Studium und Schulunterricht

Examensarbeit 2009 79 Seiten

Didaktik - Chemie

Leseprobe

Inhaltsverzeichnis

1 Einleitung

2 Ansatze zur Verbesserung des Chemieunterrichts
2.1 Probleme des Chemieunterrichts
2.2 Die Natur der Naturwissenschaften
2.2.1 Aspekte der Natur der Naturwissenschaften
2.2.2 Wesen des naturwissenschaftlichen Unterrichts
2.2.3 Bildungspolitischer Ansatz fur das Fach Chemie
2.3 Chemie im Kontext
2.3.1 Entwicklung der Unterrichtskonzeption „Chemie im Kontext“
2.3.2 Die Idee von Chemie im Kontext
2.3.2.1 Grundlagen
2.3.2.2 Ausgestaltung der Kontexte
2.3.2.3 Ausgestaltung der funf Basiskonzepte
2.3.2.3.1 Aufbau von Basiskonzepten
2.3.2.3.2 Stoff-Teilchen-Konzept
2.3.2.3.3 Struktur-Eigenschaften-Konzept
2.3.2.3.4 Konzept der Kinetik und des Gleichgewichts
2.3.2.3.5 Donator-Akzeptor-Konzept
2.3.2.3.6 Energiekonzept

3 Fachwissensvermittlung in Schule und Studium
3.1 Verwendete Orientierungshilfen
3.1.1 Orientierungshilfen fur den Chemieunterricht
3.1.1.1 Hamburger Rahmenplan Chemie 2009
3.1.1.2 Das Schulbuch „Chemie im Kontext“
3.1.2 Lehrbucher fur das Studium
3.2 Das Donator-Akzeptor- und Energie-Konzept in Schule und Studium
3.2.1 Begrundung der Auswahl der Konzepte
3.2.2 Donator-Akzeptor-Konzept
3.2.2.1 Redoxreaktionen
3.2.2.1.1 Elektronenubergange und Oxidationszahl
3.2.2.1.2 Elektrochemische Vorgange bei Redoxreaktionen
3.2.2.1.3 Messbarkeit der Elektronenubergange
3.2.2.1.4 Konzentrationsabhangigkeit von Potenzialen
3.2.2.1.5 Elektrolyse
3.2.2.2 Saure-Base-Reaktionen
3.2.2.2.1 Saure-Base-Begriff
3.2.2.2.2 Sauren, Basen und Protonenubergange
3.2.2.2.3 pH-Wert
3.2.2.2.4 Titration
3.2.3 Energiekonzept
3.2.3.1 Das Konzept „Energie“ in den Naturwissenschaften
3.2.3.2 Energie- und Warmeumsatz chemischer Reaktionen
3.2.3.3 Spontanitat und Richtung chemischer Reaktionen
3.3 Die Inhalte der Basiskonzepte in den Studienlehrbuchern
3.3.1 Donator-Akzeptor-Konzept
3.3.2 Energiekonzept

4 Anforderungen an Unterricht und Lehrerausbildung
4.1 Kontextbasierter Chemieunterricht
4.2 Lehrerausbildung und Chemie im Kontext

5 Ausblick

Literaturverzeichnis

1 Einleitung

In ganz Europa linden die meisten Schuler1 naturwissenschaftliche und technische Facher langweilig, da es dem traditionellen Unterricht kaum gelingt, naturwissen schaftliches Interesse zu wecken. In Deutschland ist nach einer TIMSS-Studie2 die Streuung des Fachwissens in den Naturwissenschaften im internationalen Vergleich fast dreimal so grofi wie in den Lesefachern3. Gleiche Erkenntnisse sind der Pisa-Studie 20064 zu entnehmen. Sie hat aufgezeigt, dass nach bemerkenswer- ten Fortschritten in den Naturwissenschaften von PISA 2000 zu PISA 2003 nur in wenigen Bundeslandern seit PISA 2003 eine deutliche Kompetenzsteigerung5 in dieser Domane beobachtet werden konnte. Dies liegt vor allem an der von den meisten Lehrenden eingesetzten „deduktiven” Methode. Es werden bestimmte naturwissenschaftliche Konzepte erklart und Beispiele fur ihre Anwendung gege- ben. Fur solch ein Vorgehen mussen die Schuler zum Verstandnis mit abstrakten Theorien umgehen konnen. Dies jedoch ist eine Hurde fur viele Lernenden.

Schon die Europaische Gemeinschaft hat 2004 ausgefuhrt: „Science education in schools lives in ,a world of its own’”6. Die dominierende und methodische Gestal- tung des Unterrichts gibt den Lernenden kaum einen authentischen Einblick in heutige Fragestellungen, Denk- und Arbeitsweisen der Naturwissenschaften, de- ren Alltagsphanomene sowie deren vielfaltige Berufsperspektiven.7

Auch im Fach Chemie bleibt die Kompetenzentwicklung oft hinter den kognitiven Fahigkeiten der Lernenden zuruck.8 So gelingt es vielen Schulern nicht, im Unter- richt erworbenes Wissen auf Alltagsphanomene und -situationen anzuwenden bzw. zu ubertragen (sog. „trages Wissen“).9

Obwohl in der Unterrichtsforschung bereits zahlreiche Konzepte zur Verbesse- rung des naturwissenschaftlichen Unterrichts entwickelt wurden10, hat sich an der Praxis schulischen Lehrens und Lernens wenig geandert.11 Es wurde bisher wenig versucht, fachdidaktische und erziehungswissenschaftliche Forschungen in der Praxis umzusetzen. Das aus York, England, importierte Forschungsprojekt „Che- mie im Kontext“12 soll innovative Unterrichtskonzeptionen in der Praxis ver- breiten sowie diese an die jeweiligen Strukturen anpassen und weiterentwickeln.

In den hamburgischen Chemie-Rahmenplanen wird eine Kontextorientierung be- reits verlangt.13 Im Referendariat fur das Lehramt ist „Chemie im Kontext“ zu einem verbindlichen Baustein der Lehrerausbildung geworden. Die universitare Ausbildung favorisiert hingegen die traditionelle deduktive Methode.

Es gibt genugend Abhandlungen uber die Ergebnisse der Lehr-/Lemforschung, uber die Unterrichtsmethode „Chemie im Kontext“ unter didaktischen Gesichts- punkten und ihre Einfuhrung und Verbreitung in Unterrichtsstruktur und Schulsystem14 sowie uber den Inhalt der einzelnen Basiskonzepte.15 Die Verknupfung von Kontexten mit Basiskonzepten sowie die Auswirkungen der innovativen Unterrichtsmethode „Chemie im Kontext“ auf die universitare Lehrerausbildung sind hingegen weniger untersucht worden.

In dieser Arbeit sollen anhand von ausgewahltem schulischen16 und universita- ren17 Lehrmaterial die unterschiedlichen Sichtweisen zwischen kontextorientier- tem schulischen Unterricht und universitarer Lehramtsausbildung dargestellt werden. Ausgehend von der Erfahrungswelt der Schuler werden die Fachinhalte durch die „Brille der Basiskonzepte“ betrachtet und ihre Vernetzungsmoglich- keiten aufgezeigt. Dabei beschrankt sich die Arbeit wegen ihrer Universitatsnahe und einer spateren Tatigkeit der Verfasserin im Wesentlichen auf die Chemieinhalte in der gymnasialen Oberstufe.

Nach Einfuhrung in die Lehr-/Lerntheorie und das Unterrichtskonzept „Chemie im Kontext“ werden alle Basiskonzepte im Einzelnen erlautert. Im Hauptteil die- ser Arbeit wird insbesondere auf die Basiskonzepte Donator-Akzeptor-Konzept und Energie-Konzept eingegangen und ausgewahlte Fachinhalte dieser Basiskon- zepte mit der Systematik der Fachinhalte traditioneller universitarer Lehrme- thoden verglichen. Zum Abschluss dieser Arbeit erfolgt eine Zusammenfassung der Gedanken uber einen Chemieunterricht nach der Methode „Chemie im Kontext“ und der Versuch ihren Einfluss auf die Lehrerausbildung darzustellen.

2 Ansatze zur Verbesserung des Chemieunterrichts

2.1 Probleme des Chemieunterrichts

Deutsche Schuler schlossen im internationalen Vergleich nach der Pisa-Studie 200618 hinsichtlich der Naturwissenschaften nur mittelmaBig ab.

Die anlasslich der TIMSS- und der Pisa-Studien durchgefuhrten Umfragen haben ergeben, dass vor allem die geringe Fahigkeit der Ubertragbarkeit des erlernten Wissens auf neue Anwendungsgebiete und die fehlende inhaltliche Vernetzung im naturwissenschaftlichen Unterricht beklagt werden. Dabei ist sowohl die vertikale Vernetzung der Fachinhalte innerhalb des Faches als auch die horizontale, Fach- disziplinen ubergreifende facherverbindende Vernetzung gemeint.

Speziell das Fach Chemie finden deutsche Schuler uninteressant, langweilig, un- verstandlich und nutzlos. Nach einer Untersuchung von Wegner & Stubs19 steht Chemie auf der Liste der beliebten Facher ganz hinten, obwohl die Chemie aus unserem Alltag nicht wegzudenken ist. Ihre Auswirkungen auf den Menschen und seine Umwelt sind uberall gegenwartig. Die Bedeutung der chemischen Industrie in Deutschland lasst sich anhand vieler Zahlen belegen.20

Grunde fur die ablehnende Haltung der Jugendlichen gegenuber dem Chemieun- terricht sind nach Graber21 das schlechte Image von Chemie und Technik22, die Schwierigkeit des Faches, die fehlende Nahe des Chemieunterrichts zur Lebens- welt der Jugendlichen und die Lehrerkompetenz. Einer der entscheidenden Grunde fur das Chemie-Desinteresse der Schuler scheint so der systematisch auf einander aufbauende Charakter des Faches Chemie ohne Alltagsbezug zu sein.23

Es sind also weniger die Fachinhalte der Naturwissenschaften, sondern mehr die Art und Weise ihrer Vermittlung fur die geringe Akzeptanz der naturwissen- schaftlichen Facher bei den Lernenden verantwortlich. Man kann diese Facher nicht leichter, wohl aber verstandlicher machen. Der Ansatz fur eine Verbesse- rung des naturwissenschaftlichen Unterrichts, insbesondere des Chemieunter richts, muss die „Natur der Naturwissenschaften24 und die Ergebnisse der Lern- und Lehrforschung berucksichtigen.

2.2 Die Natur der Naturwissenschaften

2.2.1 Aspekte der Natur der Naturwissenschaften

Naturwissenschaften haben eine empirische Basis. Sie haben ihren Ursprung meist bei der Beobachtung von Phanomenen, sind also alltagsbezogen. Diese Be- obachtungen erfahren ihre Grenzen durch die Einschrankungen unserer Sinnesor- gane sowie die Fehlleitungen durch zahlreiche Vorannahmen, die zu unterschied- lichen Deutungen durch den Beobachter fuhren konnen. Deutungen und Modelle konnen deshalb nicht richtig oder falsch sein, sondern allenfalls angemessen. Sie enthalten subjektive und kreative Komponenten, da personliche Uberzeugungen, Vorwissen, Erfahrungen und das soziale und kulturelle Umfeld den beobachten- den und forschenden Naturwissenschaftler beeinflussen. Die Deutungen der Be- obachtungen werden unter bestehende Theorien subsumiert oder aus ihnen wer- den neue Theorien entwickelt. Diese Theorien sind Erklarungsmodelle fur viele Beobachtungen und haben prognostische und forschungsleitende Kraft. Theorien sind zunachst nicht verifizierbare Denkmodelle. Werden sie aber verifiziert, wer­den sie zu Gesetzen, die auf empirischer Basis Aussagen uber Zusammenhange zwischen beobachtbaren GroBen unter bestimmten Bedingungen treffen. So ge- wonnene wissenschaftliche Erkenntnisse sind zwar relativ dauerhaft, haben aber aufgrund neuerer Untersuchungsergebnisse oder Neuinterpretationen nicht ewig Bestand. Sie sind daher stets vorlaufig und lassen sich nicht grundsatzlich ab- schlieBend verifizieren.25

2.2.2 Wesen des naturwissenschaftlichen Unterrichts

Das Ziel des naturwissenschaftlichen Unterrichts muss es sein, den Schulern den Wert der naturwissenschaftlichen Facher nahezubringen und zu verdeutlichen, was Naturwissenschaften von anderen Fachern unterscheidet26.Es mussen ihre Anwendungsbezuge aufgezeigt werden, um die Sinnhaftigkeit der Naturwissen­schaften zu begreifen, sowie ihre Denk- und Arbeitsmethoden den Schulern ver- standlich gemacht werden. Die Schuler mussen also einen Einblick in das erlangen, was im englischen Sprachraum als „Nature of science" (NOS) bekannt und mit „Natur der Naturwissenschaften" zu ubersetzen ist. Die Schuler mussen sich mit dem Wesen der Naturwissenschaften vertraut machen, indem sie lernen, genau zu beobachten, richtige Schlussfolgerungen zu ziehen, zwischen Gesetzen, Hypothesen und Theorien zu unterscheiden und die Rolle der Kreativitat und Intuition im Forschungsprozess korrekt einzuschatzen. Nach Hofheinz27 sind damit die drei Grobziele des naturwissenschaftlichen Unterrichts, namlich „leaming science", „doing science" und „learning about science", angeschnitten.

„Learning science" beinhaltet naturwissenschaftliches Faktenwissen sowie das Erkennen von deren Tragweite und Grenzen sowie den Pramissen, unter denen das Faktenwissen relevant ist. Der Erwerb naturwissenschaftlichen Basiswissens sollte in existenzial relevanten Kontexten erfolgen.28 So wird der Vorwurf fehlender Lebensnahe entkraftet und den Schulern ermoglicht, naturwissenschaftliche Be- urteilungskompetenz zu erwerben. „Doing science" meint naturwissenschaftli­che Methoden und laborpraktische Fertigkeiten sowie deren Anwendung. „Lear- ning about science" schlieBlich umfasst das Wesen der Naturwissenschaften mit den Methoden und Techniken der Erkenntnisgewinnung sowie dem Bewusstsein des komplexen Zusammenspiels von personlichen, sozialen, ethischen und techni schen Aspekten der naturwissenschaftlichen Erkenntnisgewinnung.29

Die Bereiche „learning science" und „doing science" machen heute hauptsachlich den naturwissenschaftlichen Unterricht aus. Der Unterricht in den Naturwissen- schaften erfolgt dabei jedoch meist traditionell deduktiv, ist von einem eher ,ste- reotypen’ Ansatz hinsichtlich praktischer Aktivitaten gepragt und verkennt allein schon deshalb den empirischen Ausgangspunkt aller Naturwissenschaften. Ent- sprechend den obigen Ausfuhrungen muss die Hinwendung zu Methoden erfol- gen, die auf eigenem Erforschen basieren, um dem abnehmenden Interesse junger Menschen fur Naturwissenschaften zu begegnen. Laut des Berichts der europai- schen Kommission vom 12.06.200730 leistet praktische Arbeit einen wichtigen Beitrag zu der Fahigkeit der Schuler, Wissenschaften zu erlernen und komplexere kognitive Fahigkeiten und Fertigkeiten zu entwickeln. So darf das Instrument des Experiments nicht rein deduktiv angewandt werden, einer Methode, bei der die Natur als Zeuge missbraucht wird. Vielmehr mussen Theorie und Empirie wech- selseitig ineinandergreifen. Die Theorie ermoglicht die Deutung der Beobachtun gen und die Beobachtung stutzt die Theorie.31

2.2.3 Bildungspolitischer Ansatz fur das Fach Chemie

Einen bildungspolitischen Ansatz von „Nature of science" fur das Fach Chemie stellt der Beschluss der Kultusministerkonferenz vom 16.12.2004 dar.32 In diesem Beschluss werden in Deutschland zum ersten Mal nationale Bildungsstandards formuliert.33 Danach hat das Unterrichten im Fach Chemie anhand der vier Kom- petenzbereiche Fachwissen, Erkenntnisgewinnung, Kommunikation und Bewer tung zu erfolgen. Diese vier Kompetenzbereiche umschreiben die naturwissen- schaftliche Grundbildung34. Die Vermittlung von Fachwissen stellt innerhalb der Kompetenzbereiche lediglich ein Teilziel dar und ist nicht mehr das Gesamtziel des Unterrichts. Ebenso soll der Kompetenzbereich Fachwissen nicht nur eine Auflistung konkreter Unterrichtsinhalte sein, sondern das Fachwissen soll kontextorientiert zu vernetzten Basiskonzepten geordnet werden. Die Unter- weisung in fachbezogene Denkweisen und Untersuchungsmethoden (Erkenntnis- gewinnung), fachbezogene Sprache und fachbezogenem Informationsaustausch (Kommunikation) sowie in Fahigkeiten, Naturwissenschaften, Technik, Indivi- duum und Gesellschaft in Beziehung zu setzen (Bewertung) vervollstandigt die Kompetenzen.35 Nach dem Beschluss der Kultusministerkonferenz vom 16.12.2004 sollen so uber die drei Aspekte des Nature of Science36 die genannten Kompetenzen, bzw. eine naturwissenschaftliche Grundbildung ^scientific literacy") vermittelt werden.

2.3 Chemie im Kontext

2.3.1 Entwicklung der Unterrichtskonzeption „Chemie im Kontext“

Ausgehend von den Ergebnissen der Lehr- und Lernforschung, den Gedanken des „Nature of Science"37 sowie der Idee des „situated learning"38 von Lave und Wen­ger39 entwickelte sich Ende des letzten Jahrtausend die innovative Unterrichtskon­zeption „Chemie im Kontext"40 (kurz auch ChiK genannt), dessen erste Spuren nach York41, England, fuhren. Durch vielschichtige Kooperationsstrukturen wurde das Projekt auch in Deutschland42 vorangetrieben43. Seine Implementierung in die Schulpraxis ab dem Jahr 2002 bis ins Jahr 2005 (1. Phase) wurde vom Bundesministerium fur Bildung und Forschung und den beteiligten Landern gefordert. Mit Beschluss der Kultusministerkonferenz vom 16.12.2004 wurde der kontextorientierte Unterricht auch in die Bildungsstandards fur Chemie ubernommen.44. Weitere Forderungen, z. B. durch den Fonds der chemischen Industrie, schlossen sich an. In dieser zweiten Phase (2005-2008) stand die unterrichtliche Umsetzung des Projekts mit der Erschliefiung weiterer Kontexte45 im Vordergrund.

2.3.2 Die Idee von Chemie im Kontext 2.3.2.1 Grundlagen

Die Theorie des situierten Lernens berucksichtigt die soziale Verankerung indivi- duellen Lernens. Der Wissenserwerb ist danach an eine konkrete Lernsituation gebunden46. Lerninhalte konnen nicht wie bei dem Nurnberger Trichter47 von einer Person auf die andere ubertragen werden, sondern mussen im Zusammenhang mit der Person des Lernenden (z. B. Intellekt, Motivation), seiner Umwelt (materielle Aspekte, soziales Umfeld) und zu seiner bisherigen Erfahrungswelt gesehen werden. Nur so gewinnt Wissen an Bedeutsamkeit fur den Lernenden, da es zur Klarung personlich relevanter Fragestellungen herangezogen werden kann und eine aktive Partizipation an gesellschaftlich relevanten Diskussionen ermoglicht.48

Entsprechend der Theorie des situierten Lernens sollen mit der Methode „Chemie im Kontext“49 verstarkt Alltagsphanomene und -situationen in den Unterricht eingebracht werden. Es steht nicht mehr die rein fachwissenschaftliche Wissens- vermittlung im Vordergrund, vielmehr sollen bedeutsame Themengebiete, die sog. Kontexte, erarbeitet werden, von denen aus chemische Kenntnisse erschlos- sen werden, die sodann in vorgegebenen Basiskonzepten strukturiert und zusam- mengefasst werden. Daneben schafft „Chemie im Kontext“ Raum fur eine zielge- richtete Verwendung verschiedener Unterrichtsmethoden, bei denen eine grofiere Beteiligung des Lernenden im Vordergrund steht.50

Neben der Berucksichtigung moderner Lerntheorien erschliefit die Unterrichts- methode „Chemie im Kontext“ die in den Bildungsstandards der Kultusminister- konferenz51 festgelegten Kompetenzbereiche Fachwissen, Erkenntnisgewinnung, Kommunikation und Bewertung, wobei die Bewertung die Kompetenzbereiche umklammert. Sie steht mit der Bewertung des Kontextes zu Beginn des Lernpro- zesses und mit der Bewertung des Erlernten fur sich, die Gesellschaft und die Umwelt am Ende des Prozesses.

2.3.2.2 Ausgestaltung der Kontexte

Ziel der Kontextorientierung des Chemieunterrichts ist es, durch Kontexte die Sinnhaftigkeit der Beschaftigung mit der Wissenschaftsdisziplin „Chemie“ ein- sichtig zu machen und gleichzeitig den Aufbau von Handlungskompetenz zu for- dern. Ausgangspunkt einer Unterrichtseinheit nach „Chemie im Kontext“ ist ein aus der Erfahrungswelt der Schuler entnommener Sachverhalt, ein sog. lebens- weltlicher Kontext, anhand dessen die Bedeutung der Chemie fur das tagliche Leben deutlich wird und an dem sich die Erarbeitung chemischer Fachinhalte ausrichtet. Durch den Bezug einzelner Kontexte zur Lebenswelt der Schulerinnen und Schuler erfahren sie, dass es lohnend ist, sich mit der Chemie zu beschaftigen, um das Umfeld verstehen zu konnen. So ist das Interesse der Lernenden an che- mischen Sachverhalten uber schuler- und gesellschaftsrelevante sowie wissen- schaftlich aktuelle Kontexte zu wecken. Innerhalb der Rahmenvorgaben (z. B. der Lehrplane) sind die Kontexte so auszuwahlen und auszugestalten, dass sie den Anforderungen des „situated learning44 genugen, die Lemmotivation anregen und unterstutzen und die Verfolgung der Bildungsziele52 ermoglichen. Um Interessen zu wecken und Motivationen zu steigern, mussen Kontexte schulerrelevant (z. B. Duftstoffe, Kosmetika, Alkohol), gesellschaftsrelevant (z. B. Kraftstoffe, Trans­port und Verkehr, Reinigungsmittel und Umwelt) sowie wissenschaftlich aktuell (z. B. abbaubare Polymere, Katalyse, Biotechnologie) sein.

Die Begegnung der Lernenden mit den Kontexten stellt die erste Phase, namlich die Begegnungsphase, innerhalb des Wissenserwerbs dar. Die mithilfe der Kon- texte in der Bearbeitungsphase entwickelten und erworbenen Fachinhalte werden dann in der Vertiefungs- und Vernetzungsphase zu sog. Basiskonzepten ver- knupft.53 Dieser fur Schuler schwierige Abstraktionsschritt kann nur durch eine vorsichtige und sinnvolle Auswahl der Kontexte und eine sinnvolle Verknupfung zu den Basiskonzepten erfolgreich gegangen werden.

2.3.2.3 Ausgestaltung der funf Basiskonzepte
2.3.2.3.1 Aufbau von Basiskonzepten

Jede Unterrichtseinheit, die auf Kontexten aufbaut, soll Wissen vermitteln. Bei diesem, anhand der Kontexte erarbeiteten Wissen handelt es sich zunachst um mehr oder weniger zusammenhangloses Faktenwissen, das nicht strukturiert ist und erst systematisch aufbereitet werden muss. Dies geschieht in der Vertiefungs- und Vernetzungsphase des Lernprozesses. Die fachlichen Inhalte werden zu we- nigen zentralen Basiskonzepten zusammengesetzt und bei Bedarf in neue Kon- texte eingebettet, von wo aus sie erweitert und vertieft werden konnen. Das Ziel ist es dabei, ein kontextunabhangiges Wissensfundament zu erreichen. Diese De- kontextualisierung erworbenen Wissens sowie der Transfer dieses Wissens auf neue Kontexte helfen den Lernenden, Prinzipien zu erkennen, Inhalte zu abstra- hieren und zu vernetzen und den kognitiven Aufbau von Basiskonzepten voran- zutreiben.54 Die Basiskonzepte bilden die Grundlage fur die Erklarung chemischer Prozesse. Sie stellen den Kompetenzbereich „Fachwissen“ dar, der in vielen Pa- pieren, z. B. den schulischen Rahmenplanen, als Ziel chemischen Unterrichts genannt ist.55

Die besondere Bedeutung der Basiskonzepte fur das Lernen besteht darin, dass mit ihrer Hilfe Inhalte des Chemieunterrichts sinnvoll strukturiert und ihre fachli­chen Beziehungen durch die gesamte Lernzeit miteinander verbunden werden.56 Die Basiskonzepte erleichtern den kontinuierlichen Aufbau von Fachwissen im Sinn kumulativen Lernens. Sie werden durch alle Jahrgangsstufen hindurch in unterschiedlichen Zusammenhangen (den Kontexten) immer wieder aufgegriffen, thematisiert und weiter ausdifferenziert. Die Basiskonzepte mussen deshalb eine durchgangige Struktur haben, anschlussfahig sein und sich ohne Widerspruche er- weitern lassen, damit die Fachinhalte aus unterschiedlichen Kontexten in allen schulischen Jahrgangsstufen aus der Sicht der jeweiligen Basiskonzepte strukturiert werden konnen.57 Die Basiskonzepte sind so zu konstruieren, dass sie Antworten zu Schulerfragen zu deren entsprechender Thematik in einem fachlichen wie uberfachlichen Kontext58 geben.

Der Chemieunterricht darf sich nicht darauf beschranken, die lebensweltlichen Zugange zu einseitig zu betonen. Es muss immer wieder uber das systematische Lernen der Bezug zu den Basiskonzepten hergestellt werden, auf die im Unter- richt immer wieder Bezug genommen wird. Hieran mangelt es im Unterricht. Nach Untersuchungen erscheint den Lehrenden gerade die fur ein kontextunab- hangiges Fachwissens wichtige Orientierung an Basiskonzepten von untergeord- neter Bedeutung59. Aus diesen Grunden ist es m. E. erforderlich, die einzelnen Basiskonzepte im Folgenden vorzustellen und auf das Donator-Akzeptor- und das Energie-Konzept60 vertieft einzugehen.

In der Fachliteratur61 und den Schullehrbuchern62 werden unter der Unterrichtsmethode „Chemie im Kontext“ funf Basiskonzepte genannt.63 In die­sen Konzepten wird das zu erlernende Fachwissen mehr an den Prinzipien der Chemie ausgerichtet64. Vertiefendes Fachwissen, z. B. auch die sog. Stoffche- mie65, werden dabei etwas vernachlassigt. So besteht die Gefahr, dass die Grundlagen der Chemie nicht genugend fundiert vermittelt werden.

Hinsichtlich der funf Basiskonzepte orientieren sich die Ausfuhrungen dieser Arbeit an Demuth66 sowie zahlreichen schulischen Lehrplanen.67

2.3.2.3.2 Stoff-Teilchen-Konzept

Der Aufbau der Materie ist eines der wesentlichen Elemente des naturwissen- schaftlichen Unterrichts und stellt die Erklarungsbasis fur wesentliche Sachver- halte der Chemie dar. Bereits im Anfangsunterricht werden Vorgange makrosko- pisch auf der Stoffebene oder submikroskopisch auf der Teilchenebene erklart. Hierzu benotigt man ein Stoff-Teilchen-Konzept, mit dem Aussagen uber die Ebene der kleinsten Teile der Materie gemacht werden und das Zusammenspiel der Teilchen auf der stofflichen Ebene begriffen werden kann.

Das Stoff-Teilchen-Konzept ist eines der wesentlichen facherubergreifenden Basiskonzepte der Naturwissenschaften. Es taucht nahezu in jedem Unter- richtszusammenhang auf und ist Grundlage des Struktur-Eigenschaften-68 und des Donator-Akzeptor-Konzeptes69. Seine widerspruchsfreie und anschlussfahige Vermittlung ist Voraussetzung eines erfolgreichen Chemieunterrichts. Aus diesem Grund wird an dieser Stelle etwas ausfuhrlicher auf dieses Konzept eingegangen.

Das Material, aus dem Gegenstande bestehen, wird in der Chemie als Stoff be- zeichnet. Alle Gegenstande (Korper) bestehen aus von uns makroskopisch wahr- nehmbaren (mit den Augen sichtbaren) Stoffen. Die Vielzahl der Stoffe wird von vielfaltigen Kombinationen und Anordnungen nur submikroskopisch70 vorstellba- rer unterschiedlicher Teilchen gebildet, die die Eigenschaften der Stoffe durch ihre Bindung und Anordnung bestimmen.

Die Herstellung wechselseitiger Beziehungen zwischen makroskopisch beobacht- baren Eigenschaften eines Stoffes und den auf der submikroskopischen Ebene angelegten Strukturen von Atomen und Atomaggregaten oder auch Teilchen macht das Wesen der Chemie aus.71 Die modellhafte und nicht visuelle Betrach- tung der submikroskopischen (Teilchen-)Ebene bereitet vielen Lernenden oft Schwierigkeiten und ist mitverantwortlich fur die geringe Akzeptanz des Chemie- unterrichts. Die in der Regel meist historisch motivierte Vermittlung von Stoff- und Teilchenmodellen ubersteigt die Vorstellungs- und Begriffswelt jungerer Schuler, da sie immer wieder mit verschiedenartigen Modellvorstellungen unter unterschiedlichen Anwendungsbereichen konfrontiert werden.72

Um den Lernenden das Verstandnis fur die Materie und die Teilchen zu erleich- tern, muss das Teilchenkonzept widerspruchsfrei und im Aufbau je nach Lem- stufe anschlussfahig und erweiterbar sein.73 So gibt es keine absolut kleinsten Teilchen, sondern lediglich kleine Teilchen, damit spatere Differenzierungen widerspruchsfrei moglich sind und gezeigt werden kann, dass auch kleine Teilchen eine Struktur haben. Auch muss deutlich werden, dass es sich bei den Teilchen des Teilchenkonzepts nicht um unteilbare Atome handelt, sondern dass diese aus kleinen, diskret vorkommenden Teilchen bestehen. Dann ist das Konzept hinsichtlich z. B. der Elektronenubertragung anschlussfahig und behalt seine Gultigkeit. Insofern sind die im Schulunterricht verwendeten Kugelmodelle weniger brauchbar, da sie zu Vermischungen zwischen Teilchen und Atomen fuhren und eine Erklarung der Reaktionen auf der Ebene der Atome und deren Bausteine nicht moglich ist.

Eine anschlussfahig-erweiterbare Teilchenvorstellung geht davon aus,74 dass jeder Stoff lediglich aus Teilchen (nicht Atomen) besteht, die visuell selbst durch das beste Mikroskop direkt nicht sichtbar sind, sondern eventuell erst mit dem Ras- tertunnelmikroskop indirekt dargestellt werden konnen. Die Teilchen sind in Be- wegung und erhalten zusammengenommen bei Zusammenstofien ihre Bewe- gungsenergie. Zwischen den Teilchen herrschen von ihrer Entfernung abhangige Anziehungs- oder Abstofiungskrafte. Gleiche Stoffe bestehen aus gleichen Teil­chen. Die kleinen Teilchen verschiedener Stoffe unterscheiden sich hinsichtlich Aufbau, Form und Grohe.

[...]


1 Im Folgenden wird ohne Bezug zum Geschlecht fur Personenbezeichnungen die mannliche Substantivform gewahlt.

2 Nach der Studie der International Association for the Evaluation of Educational Achievement (IEA) TIMSS 2007 (Trends in International Mathematics and Science Study 2007) gehoren 22 % der deutschen Schulerinnen und Schuler im Fach Mathematik zur Gruppe der leistungsschwacheren Kinder; in den Spitzenstaaten liegt dieser Anteil unter 10 %. Mathematische Spitzenleistungen erreichen in Deutschland lediglich 6 % der Schulerinnen und Schuler; in vielen Staaten liegt dieser Anteil deutlich hoher.

3 Gewerkschaft Erziehung und Wissenschaft (GEW): Pressemitteilung vom 9.12.2008.

4 Vgl. Pisa-Konsortium Deutschland (Prenzel, M. u. a., Hrsg.): Pisa 2006 in Deutschland, Die Kompetenz der Jugendlichen im dritten Landervergleich, Waxmann Verlag, Munchen 2008.

5 Kompetenzbereiche der Chemie sind Fachwissen, Erkenntnisgewinnung, Kommunikation und Bewertung, vgl. Parchmann, I. und Kaufmann, H.: Kompetenzen entwickeln - Wie Bildungsstandards zu einer Chance fur Schulentwicklung werden konnen. In: Naturwissenschaften im Unterricht - Chemie, 17. Jahrgang, Heft 94/95, 2006, S. 4-9, S. 5.

6 High level group on human resources for science and technology in Europe: Report on Increasing Human Resources for Science and Technology in Europe, Brussels European Communities 2004.

7 So auch Parchmann, I. und Kaufmann, H.: Kompetenzen entwickeln - Wie Bildungsstandards zu einer Chance fur Schulentwicklung werden konnen. In: Naturwissenschaften im Unterricht - Chemie, 17. Jahrgang, Heft 94/95, 2006, S. 4-9, S. 6.

8 Sporlein, E.: „das mit dem chemischen finde ich nicht so wichtig...“: Chemielernen in der Sekundarstufe I aus der Perspektive der Bildungsgangdidaktik, VS Verlag, Wiesbaden 2003.

9 Vgl. Parchmann, I. und Menthe, J.: Chemie lernen mit Chemie lernen, in: PdN-ChiS 2004 Heft 8, S. 12.

10 Grundlagen zum Lernen und Unterricht sowie der Unterrichtsentwicklung und den Unterrichtsmethoden finden sich bei Horster, L. und Rolff, H.-G.: Unterrichtsentwicklung, Grundlagen einer reflektierten Praxis, Beltz Verlag, Weinheim 2006.

11 Vgl. Demuth, R.; Grasel, C.; Parchmann, I.; Ralle, B. (Hrsg.): „Chemie im Kontext“, Von der Innovation zur nachhaltigen Verarbeitung eines Unterrichtskonzeptes, Waxmann Verlag, Munster 2008, S. 5.

12 Kurz: ChiK, ein von der Science Education Group, York, England, um 1995 entwickeltes System eines Chemieunterrichts (www.york.ac.uk/org/seg/ salters/chemistry). Das Programm ist durch die Universitaten Oldenburg und Dortmund in Deutschland eingefuhrt worden und wird von dem Bundesministerium fur Bildung und Forschung sowie vielen Bundeslandern gefordert.

13 Z. B. Freie und Hansestadt Hamburg (Hrsg.): Rahmenplan Chemie, Bildungsplan gymnasiale Oberstufe, Hamburg 2009 oder Rahmenplan Chemie, Bildungsplan Gymnasium, Sekundarstufe I, Arbeitsfassung vom 17.7.2008.

14 Vgl. z. B. die Literaturnachweise bei Demuth, R.; Grasel, C.; Parchmann, I., Ralle, B. (Hrsg.): „Chemie im Kontext“, Von der Innovation zur nachhaltigen Verarbeitung eines Unterrichtskonzeptes, Waxmann Verlag, Munster 2008.

15 Vgl. z. B. das Themenheft 100/101 uber Basiskonzepte in Naturwissenschaften im Unterricht Chemie 2007 oder Demuth, R., Basiskonzept Energie in Praxis der Naturwissenschaften- Chemie in der Schule 2003, S. 13-19.

16 Vgl. Demuth, R.; Parchmann, I.; Ralle, B. (Hrsg.): „Chemie im Kontext“, Kontexte, Medien, Basiskonzepte, 1. Auflage, 4. Druck, Cornelsen Verlag, Berlin 2008/2006.

17 Vgl. Atkins, P. W. und Jones, L.: Chemie - einfach alles, ubersetzt von Eckwert, J. et al., 3. Auflage, Wiley-VCH Verlag GmbH & Co KGaA, Weinheim 2006, Brown, T. L.; LeMay, H. E.; Bursten, B. E.: Chemie - Die zentrale Wissenschaft, ubersetzt von Robl, C. und Weigang, E., 10. Auflage, Pearson Studium, Munchen 2007, Mortimer, C. E.: Chemie - Das Basiswissen der Chemie, ubersetzt von Muller, U., 7. Korrigierte Auflage, Georg Thieme Verlag Stuttgart, New York 2001.

18 Vgl. Prenzel, M. u. a. (Hrsg.): PISA 2006. Die Ergebnisse der dritten internationalen Vergleichsstudie. Munster u. a.: Waxmann 2007.

19 Vgl. Wegner, G.; Stubs, R.: Schulermeinungen und Konsequenzen fur Lehrplane. In: Chemie in der Schule, 39. Jg. (1992), Heft 4, S. 138-142.

20 Die chemische Industrie ist mit 10 % am Gesamt Industrieumsatz die viert groBte Industriebranche in Deutschland. Es werden bundesweit rd. 450.000 Personen beschaftigten. (Nach Angaben des Verbandes der chemischen Industrie e. V. (VCI), Stand August 2007, www.vci.de-/Die_ Branche/default2 ~cmd~shr~docnr~11455~nd—rub~735~ond~ n01~c~5 .htm).

21 Vgl. Graber, W.: Interesse am Unterrichtsfach Chemie, an Inhalten und Tatigkeiten. In: Chemie in der Schule, 39. Jg. (1992), Heft 10, S. 354-358.

22 In neuerer Zeit gerade auch im Hinblick auf die Umweltschutzproblematik.

23 Vgl. Glemnitz, I.: Vertikale Vernetzung im Chemieunterricht, Ein Vergleich von traditionellem Unterricht mit Unterricht nach „Chemie im Kontext“, Dissertation. In: Niedderer, H.; Fischler, H.; Sumfleth, E. (Hrsg.), Studien zum Physik- und Chemielernen, Band 62, Logos Verlag, Berlin 2007, S. 7.

24 Im englischen Sprachraum wird dies mit „Nature of science^ bezeichnet“.

25 Vgl. Hofheinz, a. a. O., S. 77 ff.

26 Vgl. Heymann, H.-W.: Allgemeinbildung und Mathematik, Eine Studie zur Schulpadagogik und Didaktik, Band 13, Beltz Verlag Wiesbaden, Basel 1996, S. 117. Weitere Ausfuhrungen zum Schuler-Lehrer-Verhalten und zur Auswirkung auf den Unterricht macht Hofheinz, V.: Erwerb von Wissen uber „Nature Science^, Diss., Siegen 2008, S. 58 ff.

27 Vgl. Hofheinz, a. a. O., S. 61.

28 Vgl. Hofheinz, a. a. O., S. 58.

29 Vgl. Hofheinz, ebd.

30 Vgl. European Commission: Science Education now, a renewed pedagogy for the future of Europe, Brussel 2007, http://ec.europa.eu/research/science-society/.

31 Vgl. Hodson, D.: Re-Thinking Old Ways, Towards A More Critical Approach to Practical Work. In: School Science, Studies in Science Education, 22 (1993), S. 85-14, S. 115.

32 Vgl. Kultusministerkonferenz (KMK): Beschluss vom 16.12.2004, „Bildungsstandards im Fach Chemie fur den mittleren Schulabschluss“, Luchterhand, Munchen, Neuwied 2006.

33 Bisher wurden von der Kultusministerkonferenz Bildungsstandards formuliert fur die Jahrgangsstufe 4 (Deutsch und Mathematik), fur den Hauptschulabschluss (Deutsch, Mathematik und 1. Fremdsprache) und fur den mittleren Abschluss (Deutsch, Mathematik, 1. Fremdsprache, Physik, Biologie und Chemie). Die Bildungsstandards fur die gymnasiale Oberstufe (Deutsch, Mathematik, Englisch, Franzosisch, Biologie, Physik und Chemie) sind seit dem KMK- Beschluss vom Oktober 2007 in Bearbeitung.

34 Diese entspricht einer naturwissenschaftlichen Grundbildung, die auch scientific literacy^ genannt wird. Naturwissenschaftliche Literacy bezeichnet die Fahigkeit, naturwissenschaftliches Wissen anzuwenden, naturwissenschaftliche Fragestellungen zu erkennen, aus Belegen Schlussfolgerungen zu ziehen, um Entscheidungen zu verstehen und zu treffen, welche die naturliche Welt und die durch menschliches Handeln an ihr vorgenommenen Anderungen betreffen und diese Schlusse anderen mitzuteilen (Pisa- Konsortium 2000, S. 66).

35 Vgl. KMK 2004, S. 7-10.

36,learning science“(Fachwissen), „doing science^ (Erkenntnisgewinnung) und „leaming about science^ (Kommunikation und Bewertung).

37 Vgl. Punkt 2.2 dieser Arbeit.

38 Die Ubersetzung erfolgt mit „situiertes Lemen”. Der Ausdruck „situatives Lemen“ betrifft den Lernprozess anhand eines ganz bestimmten Ereignisses oder einer ganz bestimmten Situation und ist enger gefasst. „Situiertes Lemen“ hingegen bezieht sich die allgemeine Erfahrungswelt der Lernenden.

39 Vgl. Lave, J. und Wenger, E.: Situated learning, Legitimate peripheral participation, Cambridge University Press, 1991.

40 Aus dem lateinischen: Zusammenhang, verflochten.

41 Science Education Group, University of York.

42 Zunachst ab 1997 an den Universitaten Dortmund und Oldenburg, dann ab 1999 auch das IPN Leibnizinstitut fur Padagogik, Kiel.

43 Siehe zur historischen Entwicklung Parchmann, Ralle und di Fuccia, a. a. O., S. 10 f.

44 Vgl. KMK 2004, S. 8 und S. 11 ff.

45 Vgl. z. B. Huntemann, H.; Stover, M.; Rebentisch, M. und Parchmann, I.: Das Auto heute und morgen - Eine experimented Unterrichtskonzeption im Rahmen von „Chemie im Kontext“. In: Praxis der Naturwissenschaften - Chemie in der Schule, Heft 49, Jahrgang 8 (2000), S. 22-29, Huntemann, H. und Ralle, B.: Atmen unter Extrembedingungen. In: Praxis der Naturwissenschaften - Chemie in der Schule, Heft 50, Jahrgang 9 (2001), S. 16-22.

46 Vgl. Parchmann, I.; Ralle, B. und di Fuccia, D.-S.: Entwicklung und Struktur der Unterrichtskonzeption „Chemie im Kontext“. In: Demuth, Grasel; Parchmann, Ralle: „Chemie im Kontext“ - Von der Innovation zur nachhaltigen Verbreitung eines Unterrichtskonzepts, Waxmann Verlag GmbH, Munster 2008, S. 9-47, S. 14 ff.

47 Mit dem Nurnberger Trichter wird eher scherzhaft eine mechanistische Weise des Lernens und Lehrens bezeichnet. Damit ist vor allem die Vorstellung verbunden, als konne sich ein Schuler mit dieser Form von Didaktik Lerninhalte einerseits fast ohne Aufwand und Anstrengung aneignen und andererseits ein Lehrer auch dem „Dummsten“ alles beibringen. Das geflugelte Wort „Numberger Trichter“ geht auf den Titel „Poetischer Trichter“ eines Poetiklehrbuchs des Begrunders des Pegnesischen Blumenordens und Nurnberger Dichters Georg Philipp Harsdorffer (1607-1658) zuruck.

48 Siehe Parchim; Ralle; di Fuccia, a. a. O., S. 15.

49 Erste Informationen uber die Unterrichtsmethode Chemie im Kontext findet der Leser im Internet unter www.chemiedidaktik.uni-oldenburg.de/17220.html und lehrerfortbildung- bw.de/faecher/chemie/fb1/chik/ (eingesehen am 08.10.2009).

50 Auf diese Unterrichtsmethoden wird in dieser Arbeit nicht weiter eingegangen und auf die einschlagige Literatur verwiesen, z. B. Ralle, B.: „Chemie im Kontext“ - Mut zu neuen Methoden. In: Breschel, R. (Hrsg.), Zur Didaktik der Physik und Chemie, Leuchtturm Verlag, Alsbach 2001, Band L21, S. 261-263.

51 Beschluss vom 16.12.2004.

52 Dies sind nach Parchmann, Ralle und di Fuccia, a. a. O., S. 18, Personlichkeitsentwicklung, fachliches Grundverstandnis und Eigenverantwortlichkeit.

53 So auch Kranz, J.: Unterrichtskonzepte und Methoden. In: Kranz, Joachim; Schorn, Jens (Hrsg.), Chemie-Methodik, Handbuch fur die Sekundarstufe I und II, Cornelsen Verlag, Berlin 2008, S. 11-15, S. 12 f., Zum Aufbau von Basiskonzepten durch Unterricht nach „Chemie im Kontext“ - Empirische Untersuchungen am Beispiel des Donator-Akzeptor- Konzepts. In: Parchmann u. a. (Hrsg.): Studien zur Kontextorientierung im naturwissenschaftlichen Unterricht, Band 6, Der andere Verlag, Kiel 2008, S. 35.

54 Vgl. Martensen, M., a. a. O., S. 36.

55 Vgl. Bildungsplan fur die gymnasiale Oberstufe der FHH 2009 S. 12 und 13.

56 Vgl. Ministerium fur Schule und Weiterbildung des Landes Nordrhein-Westfalen: Curriculare Vorgaben mit letzter Anderung vom 23.7.2008, www.schulministerium.nrw.de.

57 Vgl. Ministerium fur Schule und Weiterbildung des Landes Nordrhein-Westfalen, a. a. O.

58 Vgl. Demuth, R., Basiskonzept Energie, in: Praxis der Naturwissenschaften-Chemie in der Schule 2003 S. 13-19 (hier S. 13).

59 Vgl. Martensen, Zum Aufbau von Basiskonzepten, Kiel 2008, S. 42.

60 Das Donator-Akzeptor-Konzept ist eines der zentralen Basiskonzepte und eng verbunden mit dem Energiekonzept.

61 Vgl. Demuth, R., Ralle, B., Parchmann, I.: Basiskonzepte - eine Herausforderung an den Chemieunterricht, in: Chemie konkret Forum fur Unterricht und Didaktik 2005 Heft 2, S. 53 ff. und die dort angegebene Literatur.

62 Vgl. z. B. Demuth, R.; Parchmann, I.; Ralle, B. (Hrsg.): „Chemie im Kontext“, 1. Auflage, Cornelsen, 4. Druck, Verlag, Berlin 2008/2006, S. 8-10.

63 Der Deutsche Verein zur Forderung des mathematisch und naturwissenschaftlichen Unterrichts e. V. nennt 2003 in seiner Zeitschrift MNU Heft 5 die Basiskonzepte Teilchen-, und Energiekonzept und bei der KMK 2004 ist das Gleichgewichtskonzept in das Konzept der chemischen Reaktionen integriert, da die Inhalte des Gleichgewichtskonzept fur den mittleren Schulabschluss noch nicht abschliehend behandelt werden.

64 Dies sind die Grundlagen, Methoden, Erkenntnisse und Anwendungen der allgemeinen Chemie vgl. z. B. Dickerson, R.E., Gray, H.B., Marcetta Y. ,Darensbourg, M.Y., „Prinzipien der Chemie“, de Gruyter Berlin 1988.

65 Siehe z. B. die ausfuhrlich dargestellte Stoffchemie bei Hollemann, A.F. und Wiberg, E., Lehrbuch der anorganischen Chemie, 102. Auflage (1. Auflage 1900), de Gruyter, Berlin 2007.

66 Vgl. Demuth, R.; Grasel, C. et al. a. a. O., S. 25, Gliederung in Demuth et al., „Chemie im Kontext“, Cornelsen Verlag 2008.

67 Stellvertretend: Freie und Hansestadt Hamburg (kurz: FHH), Rahmenplan Chemie, Bildungsplan gymn. Oberstufe 2009, S. 15.

68 Vgl. Punkt 2.3.2.3.3 dieser Arbeit.

69 Vgl. Punkt 2.3.2.3.5 dieser Arbeit.

70 auch mit dem Mikroskop nicht sichtbar.

71 Vgl. Demuth, R.: Die Entwicklung und Bedeutung der Teilchenvorstellungen in der Chemie und im Chemieunterricht. In: Naturwissenschaften im Unterricht Chemie 2007, Heft 100/101, S. 12-34, S. 12.

72 Vgl. Eilks, I.: Neue Wege zum Teilchenkonzept, in: Naturwissenschaften im Unterricht- Chemie, Heft 100/101 aus 2007, S. 23 f.

73 Vgl. Eilks, I.; Mollering, J.; Leerhoff, G.; Ralle, B.: Teilchenmodell oder Teilchenkonzept? - oder: Rastertunnelmikroskopie im Anfangsunterricht, ChemKon 2001, S. 81-85.

74 Vgl. Eilks, I.; Mollering, J.; Leerhoff, G.; Ralle, B., a. a. O., S. 81 ff.

Details

Seiten
79
Jahr
2009
ISBN (eBook)
9783640725465
ISBN (Buch)
9783640735891
Dateigröße
731 KB
Sprache
Deutsch
Katalognummer
v159359
Institution / Hochschule
Universität Hamburg – Chemie
Note
1,0
Schlagworte
Chemie Kontext Eine Untersuchung Grundlage Basiskonzepten Studium Schulunterricht

Autor

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Titel: Chemie im Kontext - Eine Untersuchung auf Grundlage von Basiskonzepten der allgemeinen Chemie in Studium und Schulunterricht