Chemie mit KI: Beobachtung und Teilchenmodell trennen

Das Problem

Frau Keller erklärt in der achten Klasse, warum sich ein Metallstab beim Erwärmen ausdehnt. Eine Schülerin schreibt im Heft: «Die Atome werden heiss und dehnen sich aus.» Eine andere: «Das Wasser-Teilchen schmilzt.» Beide Sätze mischen zwei Ebenen: Beobachtungen an Stoffen und Vorstellungen über Teilchen.

Die Chemiedidaktik unterscheidet drei Ebenen des Denkens: die Stoffebene (was man beobachten und messen kann: Farbe, Siedetemperatur), die Teilchenebene (Modellvorstellungen über Atome, Moleküle, Ionen) und die Symbolebene (Formeln und Gleichungen). Fachleute beschreiben dieses Dreieck oft nach Johnstone. Schwierigkeiten entstehen, wenn Eigenschaften einer Ebene auf eine andere übertragen werden, etwa wenn man einem Teilchen die Eigenschaft «flüssig» zuschreibt.

Eine KI kann Aufgaben entwerfen, die die Ebenen bewusst trennen. Doch sie produziert selbst oft Sätze, die die Ebenen vermischen. Für den Unterricht muss jede Formulierung deshalb geprüft werden. Ein Teil der Arbeit ist die Sprachkontrolle.

So lösen Sie es mit KI – Schritt für Schritt

1. Wählen Sie ein Phänomen. Beispiele: Ausdehnung beim Erwärmen, Lösen von Salz in Wasser, Verdunsten. Beschreiben Sie in zwei Sätzen, was man beobachtet, und in zwei Sätzen, wie das Teilchenmodell es erklärt.
2. Legen Sie die Ebenen fest. Notieren Sie die Begriffe: Stoffebene (Beobachtung), Teilchenebene (Modell), Symbolebene (falls im Lehrplan vorgesehen). Gleichen Sie das mit Lehrplan 21 und Lehrmittel ab.
3. Lassen Sie Aufgaben mit Ebenentrennung entwerfen. Verwenden Sie die Vorlage unten. Jede Aufgabe soll ausdrücklich fragen: «Was beobachtest du?» und «Wie erklärt das Teilchenmodell dies?»
4. Prüfen Sie die Sprache fachlich. Streichen Sie Sätze, in denen Teilchen Stoffeigenschaften erhalten (heiss, fest, flüssig, farbig, hart). Prüfen Sie die Erklärungen gegen Ihr Lehrmittel.
5. Prüfen Sie die Sicherheit. Versuchsvorschläge der KI dürfen Sie nie ungeprüft übernehmen. Nutzen Sie bewährte Anleitungen und halten Sie die Vorgaben der Schule ein, siehe Versuchsanleitungen auf Sicherheit prüfen.
6. Führen Sie das Phänomen vor oder durch. Die Lernenden beobachten zuerst und notieren nur Beobachtungen, ohne Erklärung.
7. Lassen Sie erklären. Danach formulieren sie eine Erklärung im Teilchenmodell und markieren, welche Sätze Beobachtung und welche Modell sind, etwa mit zwei Farben.
8. Sichern Sie mit Sprachmustern. Geben Sie Satzanfänge vor: «Ich beobachte, dass …» und «Im Teilchenmodell erkläre ich das so: …».

Vorlage zum Kopieren

Ich bin Chemielehrperson in der Schweiz (Stufe: [Klasse]). Phänomen:
[z. B. Salz löst sich in Wasser]. Lernziel: Lernende trennen Beobachtung
(Stoffebene) und Erklärung (Teilchenmodell).

Entwirf fünf Aufgaben mit zwei getrennten Teilen: «Was beobachtest du?»
und «Wie erklärt das Teilchenmodell das?». Schreibe keine Sätze, in denen
Teilchen Eigenschaften wie Farbe, Härte, «flüssig» oder «heiss» haben.
Gib für mich eine Liste typischer Vermischungen der Ebenen aus. Schlage
keine Versuche mit Gefahrstoffen vor und erfinde keine Messwerte oder
Beobachtungen. Kennzeichne unsichere Aussagen mit «prüfen».

Passen Sie Phänomen und Stufe an. Kontrollieren Sie alle Formulierungen, bevor Sie die Aufgaben austeilen.

Worauf Sie achten müssen

• Sprachliche Vermischungen: KI schreibt Sätze wie «Die Atome schmelzen». Sie wirken harmlos, verfestigen aber Fehlvorstellungen. Prüfen Sie jeden Satz.
• Sicherheit hat Vorrang: Versuche mit Chemikalien erfordern Ihre eigene Gefährdungsbeurteilung und Beachtung der schulischen Vorgaben. KI-Vorschläge zu Stoffen, Mengen oder Schutzmassnahmen verwenden Sie nicht ungeprüft.
• Datenschutz: Geben Sie keine Namen oder Schülertexte in öffentliche KI-Dienste ein. Erfundene Beispiele genügen.
• Modelle nicht als Wirklichkeit ausgeben: Das Teilchenmodell ist ein Modell. Sprechen Sie von «im Teilchenmodell» statt «in Wirklichkeit», und besprechen Sie Grenzen, siehe Modelle auf Grenzen prüfen.
• Fachsprache stützen: Lernende mit wenig Deutsch brauchen Satzanfänge und Bildkarten. Planen Sie sprachliche Unterstützung ein.
• Gleicher Zugang: Aufgabenblätter sollen ohne KI-Zugang nutzbar sein.

Ein Beispiel aus der Praxis

Ein Beispiel: Eine achte Klasse in Liestal behandelt das Lösen von Salz in Wasser. Frau Keller lässt Aufgaben mit zwei Teilen entwerfen. Die KI schreibt dort: «Die Salzteilchen schmelzen im Wasser.» Frau Keller erkennt die Vermischung und ersetzt den Satz durch «Die Salzteilchen werden von Wasserteilchen umgeben und verteilen sich».

Die Lernenden beobachten, notieren zuerst nur Beobachtungen und markieren später in zwei Farben, welche Sätze Beobachtung und welche Modell sind. In einer Gruppe heisst es noch «Das Wasser frisst das Salz». Die Gruppe prüft, ob der Satz eine Beobachtung oder eine Erklärung ist.

Nachher formulieren die meisten die Ebenen deutlicher. Frau Keller bemerkt, dass sich die Sprache in den Heften verändert hat. Eine Ergänzung bietet Physik: Alltagsvorstellungen sichtbar machen.

So hilft Ihnen Alpasana

Im Online-Kurs Prompt Engineering von Alpasana auf absofort lernen Sie, Aufgabe, Kontext, Ziel und Ausgabeformat festzulegen und Beispiele zur Steuerung von Inhalt und Format einzusetzen. Das hilft, einer KI zu verbieten, Teilchen Stoffeigenschaften zuzuschreiben, und die Ausgabe in zwei Teile zu gliedern. Beschrieben ist zudem, Ergebnisse zu prüfen und Prompts zu überarbeiten.

Der Kurs enthält keine Chemie. Die fachliche und sicherheitstechnische Verantwortung bleibt bei Ihnen. Wie Sie Versuche fair planen, beschreibt Faire Experimente: Variablenkontrolle.

Häufige Fragen

Muss ich die drei Ebenen immer benennen?

Nein, aber Sie sollten sie im Unterricht bewusst trennen. Auf der Sekundarstufe I genügt oft «Beobachtung» und «Teilchenmodell». Die Symbolebene folgt, wenn Formeln eingeführt werden.

Warum ist «Teilchen werden heiss» problematisch?

Temperatur ist eine physikalische Grösse, die bei einem Stoff mit der mittleren kinetischen Energie seiner Teilchen zusammenhängt. Das Teilchenmodell beschreibt dabei die Bewegung vieler Teilchen. Einem einzelnen Teilchen schreibt man sie nicht zu. Sagen Sie besser: «Die Teilchen bewegen sich schneller.»

Darf ich Versuche der KI übernehmen?

Nicht ohne Prüfung. Nutzen Sie bewährte Anleitungen aus Lehrmitteln oder Fachstellen und beachten Sie die Sicherheitsvorgaben Ihrer Schule.

Wie gehe ich mit Fehlern in den Heften um?

Betrachten Sie sie als Lernanlass. Lassen Sie Lernende die Sätze mit den zwei Farben sortieren und überarbeiten, ohne zu beschämen.