Bildungsstandards Bildungsstandards Naturwissenschaften Naturwissenschaften

Bildungsstandards Bildungsstandards Naturwissenschaften Naturwissenschaften

Hintergründe, Konsequenzen und Hintergründe, Konsequenzen und

praktische Umsetzung praktische Umsetzung

Didacta Köln 2007

Was hat sich geändert?

Was hat sich geändert?



Gesellschaftliche Bedingungen Gesellschaftliche Bedingungen

 Politische und ökonomische FaktorenPolitische und ökonomische Faktoren

 Kulturelle Einbettung und kulturelle IdentitätKulturelle Einbettung und kulturelle Identität



Sicht auf die Naturwissenschaften Sicht auf die Naturwissenschaften

 Inhalte und Fakten Inhalte und Fakten

 Denk- und ArbeitsweisenDenk- und Arbeitsweisen



Wissen über Lernen Wissen über Lernen

 Vernetztes Wissen und kumulatives LernenVernetztes Wissen und kumulatives Lernen



Ziele des Unterrichts Ziele des Unterrichts

 Naturw. Grundbildung (Scientific Literacy)Naturw. Grundbildung (Scientific Literacy)

 Erwerb von KompetenzenErwerb von Kompetenzen

Inhalte Inhalte



Gesellschaftliche Bedingungen Gesellschaftliche Bedingungen

 Politische und ökonomische FaktorenPolitische und ökonomische Faktoren

 Kulturelle Einbettung und kulturelle Identität Kulturelle Einbettung und kulturelle Identität



Sicht auf die Naturwissenschaften Sicht auf die Naturwissenschaften

 Inhalte und Fakten Inhalte und Fakten

 Denk- und ArbeitsweisenDenk- und Arbeitsweisen



Wissen über Lernen Wissen über Lernen

 Vernetztes Wissen und kumulatives Vernetztes Wissen und kumulatives Lernen

Lernen



Ziele des Unterrichts Ziele des Unterrichts

 Naturw. Grundbildung (Scientific Literacy)Naturw. Grundbildung (Scientific Literacy)

Scientific Literacy = Scientific Literacy =

Naturwissenschaftliche Grundbildung Naturwissenschaftliche Grundbildung



wird seit ca. 50 Jahren diskutiert wird seit ca. 50 Jahren diskutiert



Debatte wurde in Deutschland verschlafen Debatte wurde in Deutschland verschlafen



führte zur Formulierung von Standards in führte zur Formulierung von Standards in vielen Ländern

vielen Ländern

(vergl. z.B. Science for All Americans, Benchmarks Project, (vergl. z.B. Science for All Americans, Benchmarks Project, NSES (USA) 2061, Kanadische und skandinavische Curricula) NSES (USA) 2061, Kanadische und skandinavische Curricula)



ist normativ und nicht ganz unumstritten ist normativ und nicht ganz unumstritten



ist ohne sichtbare Alternative ist ohne sichtbare Alternative



Aufwertung der Naturwissenschaften Aufwertung der Naturwissenschaften



Naturwissenschaft als Beitrag zur Bildung Naturwissenschaft als Beitrag zur Bildung

Naturwissenschaftliche Grundbildung Naturwissenschaftliche Grundbildung

(Scientific Literacy) (Scientific Literacy) ... ist die Fähigkeit,

... ist die Fähigkeit,

naturwissenschaftliches Wissen anzuwenden, naturwissenschaftliches Wissen anzuwenden,

naturwissenschaftliche Fragen zu erkennen und naturwissenschaftliche Fragen zu erkennen und

aus Belegen Schlussfolgerungen zu ziehen, aus Belegen Schlussfolgerungen zu ziehen,

um Entscheidungen zu verstehen und zu treffen, um Entscheidungen zu verstehen und zu treffen,

welche die natürliche Welt und die durch welche die natürliche Welt und die durch

menschliches Handeln an ihr vorgenommenen menschliches Handeln an ihr vorgenommenen

Veränderungen betreffen.

Veränderungen betreffen.

(OECD, 1999) (OECD, 1999)

Zum Kompetenzbegrif

Zum Kompetenzbegrif (Weinert 2001)(Weinert 2001)

„„Kompetenzen sind die bei Individuen Kompetenzen sind die bei Individuen verfügbaren oder durch sie erlernbaren verfügbaren oder durch sie erlernbaren

kognitiven Fähigkeiten und Fertigkeiten, um kognitiven Fähigkeiten und Fertigkeiten, um

bestimmte Probleme zu lösen

bestimmte Probleme zu lösen, sowie die , sowie die

damit verbundenen motivationalen, volitionalen damit verbundenen motivationalen, volitionalen

und sozialen

und sozialen BereitschaftenBereitschaften und Fähigkeiten, und Fähigkeiten, um die Problemlösungen in variablen Situationen um die Problemlösungen in variablen Situationen

erfolgreich und verantwortungsvoll nutzen erfolgreich und verantwortungsvoll nutzen

zu können.“

zu können.“

Der Kompetenzbegrif impliziert ungleich höhere Der Kompetenzbegrif impliziert ungleich höhere Anforderungen als der bisher übliche Begrif der Anforderungen als der bisher übliche Begrif der

Obligatorik Obligatorik

Vernetztes Wissen und kumulatives Lernen Vernetztes Wissen und kumulatives Lernen

 Wissen ist keine lineare Struktur, sondern Wissen ist keine lineare Struktur, sondern

integriert sich in ein Netz von Begrifen mit ihren integriert sich in ein Netz von Begrifen mit ihren

kontextabhängigen Bedeutungen und kontextabhängigen Bedeutungen und

assoziierten Erfahrungen, Emotionen assoziierten Erfahrungen, Emotionen

 Konzepte sind durch Beziehungen bestimmtKonzepte sind durch Beziehungen bestimmt

 Wissen ist umso belastbarer, je besser es Wissen ist umso belastbarer, je besser es integriert und vernetzt ist

integriert und vernetzt ist

Inselwissen mit schwacher Integration ist schwer Inselwissen mit schwacher Integration ist schwer

Begriffsnetz Elektrizität

Begriffsnetz Elektrizität

Die Funktion von

Die Funktion von Basiskonzepten Basiskonzepten

Basiskonzepte sind geeignet als Anker für die Basiskonzepte sind geeignet als Anker für die

Vernetzung von Wissen aus ganz Vernetzung von Wissen aus ganz

unterschiedlichen Wissensbereichen. Sie haben unterschiedlichen Wissensbereichen. Sie haben

dabei zwei Funktionen:

dabei zwei Funktionen:

 Sie sind selbst Sie sind selbst KonzepteKonzepte mit einer besonders mit einer besonders großen Komplexität, Reichweite und

großen Komplexität, Reichweite und

Erklärungsmächtigkeit und haben deshalb eine Erklärungsmächtigkeit und haben deshalb eine

strukturierende

strukturierende Funktion. Funktion.

 Sie beschreiben Perspektiven oder Sie beschreiben Perspektiven oder LeitideenLeitideen, , unter denen man Objekte und Sachverhalte unter denen man Objekte und Sachverhalte

betrachten kann und haben deshalb eine betrachten kann und haben deshalb eine

orientierende

orientierende Funktion. Funktion.

Beispiel orientierende Funktion Beispiel orientierende Funktion

Betrachtung eines elektrischen Stromkreises unter Betrachtung eines elektrischen Stromkreises unter den Perspektiven Materie, Wechselwirkung, Energie, den Perspektiven Materie, Wechselwirkung, Energie, System

System

Je nach Basiskonzept ergeben sich völlig andere Je nach Basiskonzept ergeben sich völlig andere Fragestellungen

Fragestellungen

WW

E

E M

WW SY

Denk-, Arbeits- und Denk-, Arbeits- und

Argumentationsweisen Argumentationsweisen

 Bezug zu einem Problem aus der realen WeltBezug zu einem Problem aus der realen Welt

 Konstruieren eines ModellsKonstruieren eines Modells

 Entscheiden, ob das Modell passtEntscheiden, ob das Modell passt

 Sich der Kritik stellen, andere überzeugenSich der Kritik stellen, andere überzeugen

 Ergebnisse als Beitrag zum Wissen verbreitenErgebnisse als Beitrag zum Wissen verbreiten

Naturwissenschaftler generieren Naturwissenschaftler generieren

und prüfen

und prüfen ModelleModelle der Realität der Realität

Modelle und Hypothesen Modelle und Hypothesen

Klima- wandel

Treibhaus- Effekt

Anomaler Temperatur-

anstieg

Vorhersage Erwärmung

Beobachtung/

Experiment

Argument/

Berechnung Experimentelle

Anordnung

(Keine) Überein- stimmung

Positve (negative)

Evidenz

Hypothese (falsch) Modell (un)passend

Kommunikation und Bewertung Kommunikation und Bewertung

(Standards) (Standards)

 Fachsprache nutzenFachsprache nutzen

Eindeutigkeit, Abgrenzung, Klarheit, Ökonomie, intersubjektives Eindeutigkeit, Abgrenzung, Klarheit, Ökonomie, intersubjektives Verständnis

Verständnis

 DarstellungDarstellung

Klarheit, Überprüfbarkeit, Reproduzierbarkeit Klarheit, Überprüfbarkeit, Reproduzierbarkeit

 Kritisches PrüfenKritisches Prüfen

Widerspruchsfreiheit, Objektivität, Einfachkeit, Mächtigkeit, Widerspruchsfreiheit, Objektivität, Einfachkeit, Mächtigkeit, Interessen

Interessen

Arbeitweisen, ihr Sinn und ihre Zielsetzungen, Arbeitweisen, ihr Sinn und ihre Zielsetzungen,

sollten

sollten explizit und nicht nur implizit unterrichtet explizit und nicht nur implizit unterrichtet werden

werden

Erkenntnisgewinn (Standards) Erkenntnisgewinn (Standards)

Handlungen und Ziele in Handlungen und Ziele in

Argumentationsstrukturen Argumentationsstrukturen

 WahrnehmenWahrnehmen

Kenntnisnahme und Darstellung von Fakten Kenntnisnahme und Darstellung von Fakten

 OrdnenOrdnen

Reduzieren von Komplexität Reduzieren von Komplexität

 ErklärenErklären

Zusammenhang von Ursachen und Wirkungen herstellen Zusammenhang von Ursachen und Wirkungen herstellen

 Modelle bildenModelle bilden

Erklärungen verallgemeinern, Wichtiges hervorheben, Erklärungen verallgemeinern, Wichtiges hervorheben,

Vorhersagen machen Vorhersagen machen

 PrüfenPrüfen

Gültigkeit von Modellen

Gültigkeit von Modellen, , Eindeutigkeit,Eindeutigkeit,

Widerspruchsfreiheit, Objektivität, Intersubjektivität Widerspruchsfreiheit, Objektivität, Intersubjektivität

Beispiel: Prüfen von Hypothesen Beispiel: Prüfen von Hypothesen

Variablenkontrolle

Variablenkontrolle (TIMSS-Aufgabe)(TIMSS-Aufgabe)

Die Zeichnungen zeigen mehrere Versuche, die Andrea mit Wagen mit Die Zeichnungen zeigen mehrere Versuche, die Andrea mit Wagen mit unterschiedlich großen Rädern durchgeführt hat. Sie hat sie von

unterschiedlich großen Rädern durchgeführt hat. Sie hat sie von

unterschiedlichen Höhen hinabrollen lassen. Die Blöcke, die sie hineingelegt unterschiedlichen Höhen hinabrollen lassen. Die Blöcke, die sie hineingelegt hat, haben alle die gleiche Masse.

hat, haben alle die gleiche Masse.

Sie möchte folgende

Vermutung überprüfen: Je schwerer ein Wagen ist, desto größer ist seine

Geschwindigkeit am Fuße der Rampe. Welche drei Versuche sollte sie

vergleichen?

A. G, T und X B. O, T und Z C. R, U und Z D. S, T und U

Aufgaben für die Einstiegsphase

Du wünschst dir zum Geburtstag einen Haartrockner und darfst dir selbst einen aussuchen.

Bevor du in ein großes Elektrogeschäft gehst überlegst du dir genau, welche Erwartungen du an den Haartrockner stellst.

Sammle möglichst viele Fragen, die du einem Verkäufer stellen willst.

Schreibe jeweils eine Frage auf eine Karteikarte.

Kommentar

•Einführung in die Thematik

•Eingrenzung des Inhaltsbereichs

•Motivation

•Zuordnung zur Lebenswelt

•Erfassen von Vorwissen und Vorerfahrungen

•Ausgangspunkt zur Entwicklung von Fragen, die mit naturwissenschaftlichen Mitteln beantwortbar sind

Beispielsequenz

Beispielsequenz

Einüben des Entwickelns naturwissenschaftlicher Fragestellungen Einüben des Entwickelns naturwissenschaftlicher Fragestellungen

„Wir untersuchen Haartrockner“„Wir untersuchen Haartrockner“

Die Fragen können nach folgenden Kriterien geordnet werden:

Trocknungsleistung Lautstärke

Handhabbarkeit Sicherheit

Aussehen, Design Maße und Gewicht Technische Daten Preis und Zubehör

Beispielsequenz

Beispielsequenz

Einüben Ordnen und Systematisieren

Aufgaben für die Planungsphase

Überlege dir, welche der Fragen nur du selbst beantworten

kannst, welche du durch Untersuchungen beantworten kannst oder welche der Verkäufer beantworten kann.

Notiere, zu welchen Fragestellungen du Untersuchungen durchführen möchtest!

Handlungen:

• Ordnen der Fragen nach o.g. Kriterien

• Identifizieren und Dokumentieren der Fragestellungen, die mit naturwissenschaftlichen Methoden zu bearbeiten sind

Beispielsequenz

Beispielsequenz

Einüben naturwissenschaftliche Fragestellungen

„„Wir untersuchen Haartrockner“Wir untersuchen Haartrockner“

Liste der geplanten Messungen und Untersuchungen Messung der

•Lautstärke

•Trockenzeit

•Temperatur des Luftstroms

•Geschwindigkeit des Luftstroms

•Luftfördermenge Untersuchung

•möglicher Haarschädigung durch zu heiße Luft

Beispielsequenz

Beispielsequenz

Einüben Modellbildung

Aufgaben für die spezielle Planungsphase Überlege dir, wie du vorgehen willst.

Plane die Untersuchungen.

Möchtest du alle Untersuchungen machen oder nur einige?

Begründe deine Entscheidung.

Handlungen:

• Entwicklung eigener Ideen zu Untersuchungsabläufen bezogen auf die Fragestellung

• Setzung von Schwerpunkten

• Einschätzung der Umsetzbarkeit

• Eingrenzung des Inhaltsbereichs

• Erstellen eines Arbeitsplanes

Beispielsequenz

Beispielsequenz

Einüben Experimentieren

Wie lange braucht der

Haartrockner, bis er 5ml Wasser

Trockenzeit

Beispielsequenz

Beispielsequenz

Einüben Variablenkontrolle

Aufgaben für die spezielle Untersuchungsphase

(Enge Aufgabenformulierung für unerfahrene Schüler/innen.)

1. Plane einen Versuch, um die Trocknungszeit der verschiedenen Haartrockner vergleichen zu können.

Achte auf

gleiche Wassermengen

gleiche Abstände zwischen Haartrockner und feuchtem Tuch gleiche Ausrichtung des Luftstromes auf das Tuch

exakte Zeitnahme!

2. Trage die Werte in ein Datenblatt ein.

3. Nenne Gründe dafür, dass Abstand und Richtung zwischen

Haartrockner und feuchtem Tuch bei allen Messungen genau gleich groß sein müssen.

Beispielsequenz

Beispielsequenz

Einüben Variablenkontrolle

Zusammenfassung Zusammenfassung

Herausforderungen:

Herausforderungen:



Höherer Stellenwert durch geänderte Höherer Stellenwert durch geänderte Bildungsziele

Bildungsziele



Kompetenzentwicklung mit Inhalts- und Kompetenzentwicklung mit Inhalts- und Handlungsdimensionen

Handlungsdimensionen



Vernetztes Wissen in innerfachlichen und Vernetztes Wissen in innerfachlichen und überfachlichen Zusammenhängen

überfachlichen Zusammenhängen



Lernen in sinnvollen Kontexten Lernen in sinnvollen Kontexten



Betonung von Denk- und Arbeitweisen Betonung von Denk- und Arbeitweisen

Ich danke für Ihre Aufmerksamkeit

Ich danke für Ihre Aufmerksamkeit

Charakter der KMK-Standards Charakter der KMK-Standards

 Mischung aus Content-Standards und Output-Mischung aus Content-Standards und Output- Standards

Standards

 Von den Niveauanforderungen her Regelstandards,Von den Niveauanforderungen her Regelstandards,

 weil Mindestanforderungen erst in einem längeren weil Mindestanforderungen erst in einem längeren Erfahrungsprozess formuliert und präzisiert werden Erfahrungsprozess formuliert und präzisiert werden

können, können,

 weil Instrumente zur Kompetenzmessung entwickelt weil Instrumente zur Kompetenzmessung entwickelt werden müssen,

werden müssen,

 weil ohne diese Arbeiten die Gefahr einer massiven weil ohne diese Arbeiten die Gefahr einer massiven Unterforderung oder Überforderung bestehen könnte.

Unterforderung oder Überforderung bestehen könnte.

 Die Standards sind noch nicht endgültigDie Standards sind noch nicht endgültig

 Einstieg in einen angestrebten Paradigmenwechsel Einstieg in einen angestrebten Paradigmenwechsel hin zu Outcome-Orientierung, Rechenschaftslegung hin zu Outcome-Orientierung, Rechenschaftslegung

PISA-2000 PISA-2000

Naturwissen- Naturwissen-

schaften schaften

(PISA = (PISA =

Program for Program for

International International

Student Student

Assessment) Assessment)

Kompetenzstufen nach PISA Kompetenzstufen nach PISA

Stufe V: Konzeptuelles und prozedurales Verständnis auf hohem Niveau Stufe V: Konzeptuelles und prozedurales Verständnis auf hohem Niveau

Analysieren, erklären und kommunizieren mit diferenzierten konzeptuellen Modellen Analysieren, erklären und kommunizieren mit diferenzierten konzeptuellen Modellen Stufe IV: Konzeptuelles und prozedurales Verständnis

Stufe IV: Konzeptuelles und prozedurales Verständnis

konzeptuelle und prozedurale naturwissenschaftliche Grundbildung: Prinzipien, konzeptuelle und prozedurale naturwissenschaftliche Grundbildung: Prinzipien,

Zusammenhänge, Denk- und Arbeitsweisen verstehen Zusammenhänge, Denk- und Arbeitsweisen verstehen Stufe III: Funktionales naturwissenschaftliches Wissen

Stufe III: Funktionales naturwissenschaftliches Wissen naturwissenschaftliche Konzepte nutzen

naturwissenschaftliche Konzepte nutzen

naturwissenschaftliche Untersuchungen nach Details analysieren naturwissenschaftliche Untersuchungen nach Details analysieren

erkennen, welche Fragen naturwissenschaftlich beantwortet werden können erkennen, welche Fragen naturwissenschaftlich beantwortet werden können zwischen relevanten und irrelevanten Daten unterscheiden.

zwischen relevanten und irrelevanten Daten unterscheiden.

Stufe II: Funktionales naturwissenschaftliches Alltagswissen Stufe II: Funktionales naturwissenschaftliches Alltagswissen

Vorhersagen, Erklärungen und Überlegungen mit naturwissenschaftlichem Vorhersagen, Erklärungen und Überlegungen mit naturwissenschaftlichem

Alltagswissen Alltagswissen

Richtiger Gebrauch von naturwissenschaftlichem Vokabular in einem engen Rahmen Richtiger Gebrauch von naturwissenschaftlichem Vokabular in einem engen Rahmen Stufe I: Nominelles naturwissenschaftliches Wissen

Stufe I: Nominelles naturwissenschaftliches Wissen

einfaches Faktenwissen, Ausdrücke und einfache Regeln (unverstanden) wiedergeben einfaches Faktenwissen, Ausdrücke und einfache Regeln (unverstanden) wiedergeben mit Alltagswissen Schlussfolgerungen ziehen und beurteilen, Fehlvorstellungen

mit Alltagswissen Schlussfolgerungen ziehen und beurteilen, Fehlvorstellungen sichtbar

sichtbar

Naturwissenschaftliche Leistungen Naturwissenschaftliche Leistungen

nach PISA nach PISA

I II III IV V

PISA – Ergebnisse 2000 PISA – Ergebnisse 2000



Leistungen in Naturwissenschaften Leistungen in Naturwissenschaften deutlich unterhalb des Schnitts der deutlich unterhalb des Schnitts der

OECD - Staaten OECD - Staaten



Großer Abstand des unteren Großer Abstand des unteren Leistungsbereichs vom Schnitt Leistungsbereichs vom Schnitt



26,3% erreichen nicht einmal die Stufe 26,3% erreichen nicht einmal die Stufe eines funktionalen Alltagswissens

eines funktionalen Alltagswissens



Keine ausgeprägten Spitzengruppen im Keine ausgeprägten Spitzengruppen im oberen Leistungsbereich

oberen Leistungsbereich

Probleme beim Verständnis und bei der

Probleme beim Verständnis und bei der

IGLU-Ergebnisse

IGLU-Ergebnisse

Vergleich IGLU - PISA

Vergleich IGLU - PISA

IPN IPN

Interessens- Interessens-

Studie

Studie