Wie oben bereits erörtert wurde, haben die zusammengetragenen Merkmale phänomen-basierten Physikunterrichts unterschiedliche Wurzeln (siehe Abschnitt 2.1). Sie führen demnach auf verschiedene erkenntnistheoretische Grundhaltungen und pädagogischen Ausgangslagen zurück. Die Entwicklung phänomenbasierter Unterrichtslehrgänge ge-schah somit nicht auf Grundlage einer einheitlichen Lerntheorie, aus der sich die ein-zelnen Merkmale als Konsequenz ergaben, um ein erfolgreiches Lernen (im Sinne der Theorie) zu fördern. Für das weitere hypothesengeleitete Vorgehen im Rahmen dieser Arbeit ist es jedoch notwendig, den Untersuchungsgegenstand, also PbPU, in den Kon-text einer Lerntheorie zu verorten, um aus dieser heraus Annahmen über das Erreichen oder Nicht-Erreichen von Zielsetzungen abzuleiten.
Dies geschieht nicht mit dem Anspruch, allen Ursprüngen phänomenbasierten Un-terrichts in dem Sinne gerecht zu werden, als dass die gewählte Lerntheorie auch der-jenigen entspricht, in deren Kontext z. B. die phänomenologischen Lehrgänge der Wal-dorfpädagogik entstanden sind. Die Gründe dafür liegen jedoch nicht darin, dass diese als ungeeignet oder falsch betrachtet werden. Erstens ist es m. E. nicht notwendig, das Resultat von didaktischen Bemühungen (PbPU) aus derselben lerntheoretischen Per-spektive heraus zu betrachten, zu interpretieren und zu beurteilen, aus der es entstanden ist. Zweitens gibt es keine solche Perspektive, der man alle Aspekte von PbPU zuordnen kann und drittens ist es sinnvoll, den Untersuchungsgegenstand unter dem Blickwin-kel einer in den Fachdidaktiken gebräuchlichen Lerntheorie zu interpretieren, also durch die vertraute „lerntheoretische Brille“ zu schauen. Dies ermöglicht eine Vergleichbarkeit mit aktuellen Forschungsergebnissen anderer Untersuchungen, denen dieselbe Theorie zugrunde liegt.
Aus diesen Gründen wird der phänomenbasierte Physikunterricht im weiteren Ver-lauf aus dem Blickwinkel einer konstruktivistischen Lerntheorie betrachtet. Inwiefern die Beschreibung des Lernens im PbPU aus dieser Theorie heraus nicht nur, wie eben begründet, erlaubt, sondern auch aufgrund vieler Vereinbarkeiten geeignet ist, soll hier kurz dargelegt werden.
Mit der Wahl einer konstruktivistischen Sichtweise auf Lernprozesse ist in der vor-liegenden Arbeit keine erkenntnistheoretische Position in Form eines (radikalen) Kon-struktivismus verbunden. Auch wenn nach Murmann (2006) eine derartige Trennung in genau diesem Zusammenhang eine „erkenntnistheoretisch abstinente Haltung“ (S. 112)
2.3 Lerntheoretische Verortung
bedeutet, so ist beides jedoch klar zu unterscheiden (vgl. Widodo & Duit, 2004). Auf ei-ner weiteren, den Untersuchungsgegenstand betreffenden Ebene bedeutet außerdem die Wahl der Lerntheorie nicht, dass konstruktivistische Standpunkte Inhalt eines phäno-menbasierten Unterrichts sind.9 Mit diesen Anmerkungen soll also einer Verwechslung von epistemischem und lernpsychologischem Konstruktivismus sowie einer womöglich im Physikunterricht zu vermittelnden Erkenntnistheorie vorgebeugt werden.
Als Kernannahme der konstruktivistischen Auffassung vom Lernen nennt Hassel-horn und Gold (2013) zunächst den Wissenserwerb, der als individueller Aufbauprozess im Gegensatz zu einem mechanischen Abbildungsprozess zu verstehen ist. Dabei liegt der „Fokus [...] mehr auf demVerstehenals auf dem Behalten von Informationen“ (ebd., S. 66). Schon in diesem „Vorrang des Verstehens“10liegt eine Vereinbarkeit zum PbPU, in dem dasVerstehenals aktiver, vom Schüler vorgenommener Prozess des Ordnens an-genommen wird (siehe Abschnitt 2.2, S. 23). Mit der Betonung auf die Prozesse des Wissenserwerbs wird der „lernende Mensch [...] als zielgerichtet Handelnder aufgefasst, der aktiv nach Informationen sucht, diese vor dem Hintergrund seines Vorwissens in-terpretiert und daraus neue Konzepte und Auffassungen über die Wirklichkeit ableitet“
(Hasselhorn und Gold, 2013, S. 66). Demnach wird das Wissen nicht passiv erworben, sondern vom Lernenden aktiv konstruiert. Das konstruierte Wissen ist also eine sub-jektive Repräsentation der vorliegenden Information, die sehr stark von den subsub-jektiven Vorerfahrungen abhängt. Das bedeutet jedoch nicht, dass die Realität der Information selber angezweifelt wird. Lediglich die Konstruktion des Wissens darüber ist ein akti-ver und subjektiakti-ver Prozess. Das Wissen selbst muss sich jedoch durch eine hergestellte Intersubjektivität (z. B. zu anderen Lernenden) ständig bewähren.
Diese Kernannahmen sind vollständig mit phänomenbasiertem Physikunterricht ver-einbar, weil sie mit ihm in keinem Widerspruch stehen. Es lassen sich gegenteilig da-zu sogar viele Übereinstimmungen zwischen dem konstruktivistischen Prozess des Ler-nens und den Merkmalen PbPUs erkennen. Der „aktiv, zielgerichtet Handelnde“ findet sich im PbPU als eingebunden Experimentierender, sinnlich Wahrnehmender und Phy-sik Erlebender wieder (Aspekte der Subjektivität und Affektivität). Der Interpretation der Informationen vor dem Hintergrund seines Vorwissens (Alltagserfahrung) und der Ableitung neuer Konzepte über die „Wirklichkeit“ (Physikwelt) wird im PbPU durch den Aspekt der Mediation Rechnung getragen.
Widodo und Duit (2004, S. 237ff) identifizieren Kennzeichen, die einer konstruk-tivistischen Lernumgebung zugeordnet werden. In drei der fünf übergeordneten Kate-gorien befinden sich Kennzeichen, die sich ebenfalls mehr oder weniger direkt in den Merkmalen PbPUs wiederfinden lassen (siehe Verweise in Klammern):
9Dennoch gibt es für die Begründung einiger phänomenbasierter Standpunkte Bezüge zu Mach, der wiederum die Gestaltpsychologie maßgeblich beeinflusste (Erb, 1994; Erb & Schön, 1996; Schön, 1994; Wagenschein, 1976). Das gestaltpsychologische Konzept des Lernens durch Einsicht ist ein Vorläufer der konstruktivistischen Lerntheorie (Hasselhorn & Gold, 2013, S. 63).
10siehe dem gleichnamigen Sammelband mit Beiträgen zur Pädagogik Wagenscheins (Köhnlein, 1998)
2 Phänomenbasierter Physikunterricht
(A) Konstruktion des Wissens ermöglichen
– Zum Denken herausfordernde Probleme anbieten (Subjektivität, Mediation und Affektivität)
– Mit Schülervorstellungen auf „evolutionäre“ Weise umgehen(Mediation) – Mit Schülervorstellungen auf „revolutionäre“ Weise umgehen(Mediation) (B) Relevanz und Bedeutung der Lernerfahrungen
– Exploration der Interessen, Einstellungen und Gefühle der Schüler (Media-tion und Affektivität)
– Lernbedürfnisse der Schüler berücksichtigen (Subjektivität, Mediation und Affektivität)
– Vorgänge, Phänomene oder Beispiele aus dem Alltag berücksichtigen (Me-diation)
– Verwendung von Materialien aus dem Alltag(Mediation) (C) Soziale Interaktion
(D) Unterstützung der Schüler beim eigenständigen Lernen (E) Wissenschaft, Wissenschaftler und wissenschaftliches Wissen
– Unterschiede in Theorien und Sichtweisen anerkennen (Modellfreiheit/Mo-dellkompetenz)
– Die Rolle von Beobachtungen, Evidenzen, Hypothesen, Theorien und Ge-setzen in der Wissenschaft(Modellfreiheit/Modellkompetenz)
– Unterschiedliche wissenschaftlichen Forschungsstrategien anerkennen (Ex-ploration, Modellfreiheit/Modellkompetenz)
– Die Grenzen wissenschaftlicher Erklärungen anerkennen (Modellfreiheit/-Modellkompetenz)
Für eine genauere Erläuterung der einzelnen Kennzeichen wird auf Widodo und Duit (2004) verwiesen. Es sei jedoch angemerkt, dass die nicht aufgeführten Kennzeichen keineswegs im Widerspruch zu PbPU stehen. Sie sind jedoch nicht für ihn charakteris-tisch und daher in seinen Merkmalen nicht aufgeführt. Es spricht jedoch nichts dagegen, die Unterrichtform im PbPU so zu gestalten, dass soziale Interaktion und eigenständiges Lernen (Kategorien C und D) unterstützt wird.
Es wurde dargelegt, dass die Merkmale phänomenbasierten Physikunterrichts mit ei-ner konstruktivistischen Auffassung vom Lernen vereinbar sind und sich mit den Kenn-zeichen einer konstruktivistischen Lernumgebung überschneiden bzw. nicht im Wider-spruch stehen. Darauf aufbauend können nun individuelle Kriterien betrachtet werden,
2.3 Lerntheoretische Verortung
erfolgreiches Lernen
Motivation und Selbstkonzept
Volition und lernbegleitende
Emotionen Vorwissen
Strategien und meta-kognitive Regulation
selektive Aufmerksamkeit
und Arbeits-gedächtnis
kognitiv motivational-volitional
Abb. 2.3 Modell der individuellen Voraussetzungen erfolgreichen Lernens (INVO-Modell, angelehnt an Hasselhorn & Gold, 2013, S.5). Den Autoren des Modells ist bewusst, dass die Zahnräder, so wie abgebildet, mechanisch nicht lauffähig sind. Sie wollen damit verdeutlichen, dass sie bei aller Detailkenntnis noch nicht genügend über die Wirkungsweise der individuellen Voraus-setzungen untereinander Bescheid wissen.
die ein erfolgreiches Lernen beeinflussen. Dies entspricht einem Wechsel von dem Fo-kus des Lernens im Allgemeinen auf eine differentielle Perspektive, die interindividuel-le Unterschiede analysiert. Hasselhorn und Gold (2013) stelinterindividuel-len dafür ein heuristisches Modell derINdividuellenVOraussetzungen erfolgreichen Lernens (INVO-Modell) zur Verfügung, das fünf Merkmalsbereiche berücksichtigt (siehe Abb. 2.3).
Für eine Verortung innerhalb dieses Modells gilt es also die Frage zu beantworten, inwiefern PbPU diesen Voraussetzungen nachkommt. Im Folgenden wird versucht, die Antwort für jeden Merkmalsbereich aus den Eigenschaften von PbPU abzuleiten, sofern dies direkt möglich ist. Dies bedeutet im Einzelnen jedoch nicht, dass diese Ableitungen empirisch fundiert sind. Tatsächlich trifft dies nur in sehr wenigen Fällen zu. Größten-teils sind die Merkmale PbPUs normative Forderungen. Wenn eine normative Forderung an den Unterricht mit den Voraussetzungen erfolgreichen Lernens vereinbar ist, so kann dem Unterricht in diesen Fällen eine Modellkonformität unterstellt werden. Inwiefern die konkreten Unterrichtsvorschläge den eigenen normativen Forderungen nachkommen und ein erfolgreiches Lernen gewährleisten, muss letztendlich empirisch überprüft wer-den.
Der MerkmalsbereichSelektive Aufmerksamkeit und Arbeitsgedächtnisgeht von ei-nem Grundmodell der Informationsverarbeitung aus, indem Lernen als Kette von Pro-zessen der Informationsaufnahme, -transformation und -organisation beschrieben wird.
In sogenannten sensorischen Registern werden Informationsreize von außen für
kur-2 Phänomenbasierter Physikunterricht
ze Zeit festgehalten, allerdings noch nicht bewusst wahrgenommen. Sobald jedoch be-wusst oder unbebe-wusst Aufmerksamkeit auf eine Auswahl aus dem Register gerichtet wird, beginnt der Lernprozess, indem diese Auswahl imKurzzeit-oder Arbeitsgedächt-nisverarbeitet wird. Die Kapazität diesesArbeitsgedächtnissesist begrenzt, weshalb es für den Lernenden wichtig ist, die für ihn relevanten Informationen im Register zu fil-tern (selektive Aufmerksamkeit). Die Kapazität unterscheidet sich von Person zu Person sehr stark, was viele Unterschiede in der Lernleistung erklärt. Allerdings hängen die Prozesse der selektiven Aufmerksamkeitszuwendung einerseits vom Vorwissen des Ler-nenden ab und können andererseits trainiert werden (vgl. für die gesamte Darstellung des Merkmalsbereichs Hasselhorn & Gold, 2013, S. 71ff).
Der Einfluss von Unterricht auf die Kapazität des Arbeitsspeichers ist m. E. nicht in einer relevanten Größenordnung, sofern es überhaupt durch Trainings möglich ist, sie zu erhöhen. Die in Abschnitt 2.2 (Aspekt der Subjektivität) angesprochene Schulung der sinnlichen Wahrnehmung, das Trainieren der genauen Beobachtung, das Kennenler-nen von Beobachtungsstrategien, die häufige Konfrontation mit komplexen alltagsnahen Phänomenen und das Suchen nach den Bedingungen der Erscheinung sind allerdings Prozesse mit positivem Einfluss auf die selektive Aufmerksamkeit. Einerseits stellen sie das dafür wichtige Vorwissen zur Verfügung und andererseits trainieren sie, die relevan-ten Informationen zu filtern.
Der MerkmalsbereichVorwissenist zentral für eine konstruktivistische Lerntheorie.
Je mehr (Vor-)Wissen dem Lernenden zur Verfügung steht und je besser er damit um-gehen kann, desto besser sind die Voraussetzungen für ein erfolgreiches Lernen. Dazu muss es jedoch a) beim Lernprozess tatsächlich aktiviert werden und b) kompatibel mit der zur Verarbeitung stehenden Information sein. Ist der zweite Punkt nicht gegeben, sodass es zu einem Konflikt zwischen Vorwissen und der Information kommt, kann die Verstehens- und Behaltensleistung sogar behindert werden (vgl. Hasselhorn & Gold, 2013, S. 83ff). Auf beides nimmt PbPU in besonderer Form Rücksicht.
Den größten Fundus an bestehendem Vorwissen finden Schülerinnen und Schüler in ihrer Alltagswelt in Form von nicht mehr hinterfragten Grunderfahrungen. Der Aspekt der Mediation stellt zunächst sicher, dass dieses Wissen aktiviert wird, indem die All-tagswelt mit der Physikwelt verzahnt wird (siehe S. 14). Zugleich wird durch die Ver-mittlung zwischen beiden Welten auch die Kompatibilität des Vorwissens mit der Phy-sik sichergestellt. Für diese Kompatibilität sorgt PbPU aber auch auf eine andere Art, nämlich durch die Verwendung widerspruchsfreier Beschreibungsformen. Jedes im An-fangsunterricht konstruierte Wissen, z. B. in Form von beschreibenden Modellen, kann als Vorwissen der Lernenden in der Sekundarstufe II aufgefasst werden. Sind diese Mo-delle oder Prinzipien bis in die Oberstufe widerspruchsfrei, ist die Kompatibilität des Vorwissens gegeben. Weber (2003) hat solch ein vertikal vernetztes Optikcurriculum auf seinen Einfluss auf die Qualität und Strukturiertheit des konstruierten Wissens hin untersucht. Dabei konnte er jedoch bei der Qualität keinen positiven Effekt feststellen.
Bei dem MerkmalsbereichVolition und lernbegleitende Emotionensoll auf den Teil derVolitionhier nicht weiter eingegangen werden. Damit ist im Wesentlichen die
Diszi-2.3 Lerntheoretische Verortung
plin und Gewissenhaftigkeit gemeint, eine motivierte Handlung durchzuführen. Sie kann damit nicht unmittelbar durch den Lerngegenstand selbst gewährleistet werden, sondern ist eher ein Persönlichkeitsmerkmal. Dielernbegleitenden Emotionenallerdings können sehr gut durch den Unterricht beeinflusst werden. Emotionen werden als mehrdimen-sionales Konstrukt aufgefasst, das auch affektive Komponenten (angenehmes, lustvol-les bzw. unangenehmes, unlustvollustvol-les Erleben) aufweist. Es gilt als empirisch gesichert, dass Emotionen, sowohl positive als auch negative, die Erinnerungsleistung und damit das Lernen positiv verbessern (vgl. Frenzel, Götz & Pekrun, 2009). Außerdem haben sie Einfluss auf kognitive Funktionen, wie der Aufmerksamkeit (vgl. Hasselhorn & Gold, 2013). Die Berücksichtigung der Affektivität im PbPU (siehe Abschnitt 2.2) schafft Ge-legenheiten für solch lernwirksame Emotionen und wirkt sich somit positiv auf den Ler-nerfolg aus.
Lernstrategien und Strategien der metakognitiven Regulation sind Techniken, die vom Lernenden bewusst angewendet werden. Sie dienen dem Zweck, die Informationen besser verarbeiten zu können und regulierend auf den Lernprozess einzuwirken. Diesbe-züglich gibt es keine spezifische Eigenschaften von PbPU, die diesem Merkmalsbereich explizit nachkommen, was auch eher durch fachübergreifende Methodentrainings ge-schehen müsste.
An dieser Stelle sei auch angemerkt, dass hier nicht weiter auf konstruktivistische Lehrformen oder Unterrichtsgestaltungen Bezug genommen wird. Das hat zwei Gründe:
Erstens lässt sich aus einer konstruktivistischen Auffassung über das Lernen nicht un-mittelbar eine Lehrform ableiten, wie die Inhalte konkret zu „vermitteln“ seien. Auch bei einer darbietenden Form, wie einem Lehrervortrag, konstruiert sich das Wissen nach den oben gemachten Annahmen. Jedoch kann sich die Qualität des Wissens von demjenigen unterscheiden, welches z. B. in einer entdecken-lassenden Lernumgebung „erworben“11 wurde. Bei den konstruktivistischen Ansätzen der Unterrichtsgestaltung geht man also davon aus, dass durch eine bestimmte Gestaltung der Lernumgebung das (konstruktivis-tische) Lernen begünstigt wird (Hasselhorn & Gold, 2013).
Zweitens ist aus den Merkmalen phänomenbasierten Unterrichts keine spezielle Lehr-form ableitbar. Auch hier gibt es viele denkbare Methoden und LehrLehr-formen, sowohl dar-bietende als auch entdeckenlassende usw., auf die PbPU jedoch nicht festgelegt ist. Eine weitere Betrachtung unter dem Aspekt der Lehrform wäre demnach nicht sinnvoll.
Der letzte verbleibende Merkmalsbereich der Voraussetzungen erfolgreichen Ler-nens ist Motivation und Selbstkonzept. Die Einflussnahme seitens des Unterrichts auf die Motivation der Schülerinnen und Schüler führt zu dem KonstruktInteresse. Der Zu-sammenhang zwischen Interesse, Selbstkonzept und Lernleistung wird ausführlich in den Abschnitten 3.1 und 5.2 dargestellt. Es bleibt die Frage offen, inwiefern PbPU auf das Interesse bzw. dem Selbstkonzept einwirkt. Aus den Merkmalen lässt sich kein di-rekter Zusammenhang herstellen, wie es bei den normativen Eigenschaften in den
ande-11Wissenvermittelnodererwerbenentsprechen eher einer kognitivistischen Auffassung vom Lernen und Lehren.
2 Phänomenbasierter Physikunterricht
ren Bereichen möglich ist. Jedoch kann „Interessantheit“ auch weniger ein normatives Merkmal für Unterricht sein, als eine Zielvorstellung. Dies führt direkt zu den Zielen phänomenbasierten Physikunterrichts.