Fordern und Fördern im naturwissenschaftlichen Sachunterricht der Grundschule

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SINUS-Transfer-Grundschule, Möller, Soltau 22.4.20 05

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Fortbildungsveranstaltung des BLK-Programms

Sinus Transfer Grundschule

Fordern und Fördern im naturwissenschaftlichen

Sachunterricht der Grundschule

Prof. Dr. Kornelia Möller

Universität Münster

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Bildungspolitische Forderungen

... die Anfänge der Naturwissenschaften müssen in

elementarisierter Form Eingang in den Primarbereich finden (S.134)

... ...“forschendes“ Lernen (ist) bereits im Primarbereich möglich (S.125)

... Die Kinder dürfen in ihrer kognitiven Entwicklung nicht zurückgehalten werden (S. 134)

Grundgedanke:

... anspruchsvolles Lernen bereits in der Grundschule

(S. 132)

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Naturwissenschaften in der Grundschule -

.... Eine neue Initiative?

Aus: Deutscher Bildungsrat:. Strukturplan für das

Bildungswesen. 1970

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Scheitern der damaligen Ansätze ..

Kritik:

• Vernachlässigung kindlicher Interessen und Sichtweisen in den sog. lernzielorientierten Ansätzen (adaptiert aus den USA)

• Unzureichendes Verständnis

naturwissenschaftlicher Begriff

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Problem:

• „Grundschulkinder lernen nicht, die

naturwissenschaftlichen Fachbegriffe zu verstehen, sondern bestenfalls Wörter, die für sie stehen,

assoziativ und grammatikalisch korrekt zu gebrauchen“ (Lauterbach 1992, S. 205)

Kognitive Überforderung

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Ein Beispiel aus den 70er Jahren

Zum Thema Schwimmen und Sinken:

Lernen über Merksätze:

Vollkörper, die leichter sind als die gleiche

Raummenge Wasser schwimmen; Vollkörper, die schwerer sind als die gleiche Raummenge Wasser sinken.

Hohlkörper schwimmen auch dann auf dem Wasser,

wenn sie aus einem Material bestehen, das schwerer

ist als die gleiche Raummenge Wasser. (aus Leicht

1973)

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7

Die Alternative:

Sog. Offene Curricula (England)

Ziel:

• Erlernen von Verfahren

• Entwickeln von Interesse

Kritik:

• Geringe Lernerfolge und mangelndes

konzeptuelles Wissen in den sog. offenen Curricula

• Mangelnde Anschlussfähigkeit des Wissens

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Lehrplananalyse Strunck et al. 1999

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Prozentuale Häufigkeit fachlicher Themen in 16 deutschen Lehrplänen (3./4. Klasse) aus dem

Jahre 1998

(nach Einsiedler 2002)

8,1 7

1,5 6,2

10,2 11,1 10,6

19,6 25,8

0

5

10

15

20

25

30

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Anteile in Schulbüchern des Sachunterrichts (nach Blaseio 2002)

0 5 10 15 20 25 30

1970 1999

biologisch orientierte Inhalte

physikalisch, chemisch und technisch

orientierte Inhalte

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Bildungspolitische Hintergründe....

• PISA und die Folgen: Frühes

naturwissenschaftliches Lernen soll das Lernen in den weiterführenden Schulen verbessern

• Mangel an Naturwissenschaftlern und

Ingenieuren

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Lern- und entwicklungspsychologische Grundlagen....

• Neuere entwicklungs- und

kognitionspsychologische Erkenntnisse zur geistigen Entwicklung zeigen:

„Lernen ist der wichtigste Motor der geistigen Entwicklung“

(Stern, Sodian ...)

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Einflüsse aus der Fachdidaktik...

• Überzeugende Beispiele und Untersuchungen aus der Sachunterrichtsdidaktik kommen zu dem Ergebnis, dass

„Grundschulkinder bereit und in der Lage sind, sich mit anspruchsvollen naturwissenschaftlichen

Inhalten auseinander zu setzen“

(Thiel, Köhnlein, Soostmeyer, Spreckelsen, Schreier,

Möller...)

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Was wollen wir in der Grundschule erreichen?

• Interesse und Freude am Nachdenken über Phänomene aus Natur und Technik

• Selbstvertrauen, etwas herausfinden und verstehen zu können

• Verständnis grundlegender Konzepte oder Zusammenhänge

• Erwerb grundlegender Verfahren (forschendes Lernen)

• Bereitschaft, sich auf forschendes Denken einzulassen („science is hard fun“)

• Bereitschaft und Fähigkeit, über naturwissenschaftlich-

technische Phänomene und Fragen zu kommunizieren

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Multikriteriale Zielerreichung

beim frühen naturwissenschaftlichen Lernen

Wie sollen Lernumgebungen gestaltet werden, damit Kinder

• einerseits Interessen entwickeln und Selbstvertrauen aufbauen

und

• andererseits naturwissenschaftliches

Verständnis erwerben und entsprechende

Arbeitsweisen erlernen?

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Theoretische Hintergründe

• Lernen als Conceptual Change

– weiche sowie harte Konzeptwechsel (Carey 1985)

– Neuinterpretation von Alltagswissen und Integration von Wissen (Vosniadou 1992)

• Lernen aus der Sicht moderat- konstruktivistischer Ansätze

– als aktiver, kooperativer und situierter Aufbau

von Konzepten (Gerstenmaier und Mandl 1995)

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Folgerungen für die Gestaltung von Lernprozessen

(an konstruktivistischen Sichtweisen orientiert...) (Möller 1999)

• Hoher Grad an Schüleraktivität z.B. durch Experimentieren

• Aktives Umstrukturieren von Präkonzepten und Alltagswissen

• Kollaboratives Lernen: Testen der Belastbarkeit von Konzepten in Lernergemeinschaften

• Lernen in Kontexten, die eine Verbindung zum

Alltagsverständnis aufweisen

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Probleme konstruktivistisch orientierter Lehr-Lernumgebungen

Hohe Komplexität durch Alltagsbezug und hohe Anforderung an kognitive Aktivität:

– motivationale und kognitive Passungsprobleme (Stark, Gruber & Mandl 1998)

– Beeinträchtigung kognitiver Leistungen (Lipowsky 2002)

– problematisch für Leistungsschwächere (Lipowsky 1999, Einsiedler 2001)

Deshalb: Forderung nach Strukturierungselementen in

konstruktivistisch orientierten Lehr-Lernumgebungen

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Lösungsansatz

Statt : Konstruktion versus Instruktion

Kombination von Konstruktion und Instruktion:

• angemessene Balance zwischen

Selbststeuerungsmöglichkeiten und Komplexitätsreduktion (Friedrich & Mandl 1997)

• „pragmatische Kombination von selbstgesteuertem Lernen

und Instruktion“ (Einsiedler 2001)

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Strukturierung im naturwissenschaftlichen Anfangsunterricht

Ein schüler- und kontextorientierter

Sachunterricht, der ergänzt wird durch

strukturierende Maßnahmen im Sinne von

„guided discovery“ oder „scaffolding“

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Kornelia Möller (Universität Münster) Elsbeth Stern (MPI Berlin)

Angela Jonen (Universität Münster) Ilonca Hardy (MPI Berlin)

Auswirkungen von Unterricht zum ”Schwimmen und Sinken”

auf das Verständnis physikalischer Basiskonzepte

Ein Forschungsprojekt im Rahmen des DFG-

Schwerpunktprogramms BiQua

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Studie zum

naturwissenschaftlichen Sachunterricht

 Untersuchung des Effekts von schülerorientiertem Unterricht mit stärkerer bzw. geringerer Strukturierung

 Am Beispiel des Themas „Schwimmen und Sinken“

 In sechs vergleichbaren Grundschulklassen

 Mit einer konstanten Lehrperson

 In Bezug auf leistungsbezogene und nichtleistungsbezogene Zielsetzungen

 In Abhängigkeit von der Leistungsstärke

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Variation des Unterrichts

Konstant: aktives, konstruktives und kooperatives Lernen (konstruktivistisch orientierter Unterricht)

Variation:

Stärkere Strukturierung (durch Gliederung des Unterrichts, durch eine strukturierende Gesprächsführung, durch höheren

Anteil an gemeinsamem Gespräch) (MIT)

Geringere Strukturierung (durch Werkstattunterricht mit stärkerer Selbststeuerung, durch eine zurückhaltende

Gesprächsführung, durch geringeren Anteil an gemeinsamem

Gespräch) (OHNE)

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Unterricht zu dem Thema:

„Wie kommt es, dass ein riesiges, schweres Schiff aus Eisen im Wasser nicht untergeht?“

• Erste Vermutungen der Kinder erfragen

• Versuche zum Schwimmen und Sinken von Vollkörpern

• Die Dichte von Körpern mit der Dichte von Wasser vergleichen

• Erfahren: Die Verdrängung von Flüssigkeiten ist vom Volumen abhängig

• Erfahren: Das Wasser drückt nach oben (Auftriebskraft)

• Den Zusammenhang zwischen Volumen-Verdrängung- Auftriebskraft erfassen

• Schwimmen oder Sinken als „Kräftespiel“ zwischen

Auftriebskraft und Gewichtskraft

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0 100 200 300 400 500 600 700

Unterricht OHNE Unterricht MIT

Gruppenarbeit Stationenlernen Klassengespräch

M in u te n

Verteilung der Unterrichtsaktivitäten

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Lehrer strukturiert Schüler aktiv

Lehrer passiv Schüler reagiert auf Lehrer Lehrer sonstige Schüler reagiert auf Schüler

Schüler sonstige

Struktur STARK Struktur SCHWACH Unterrichts-Screening: Äußerungen im

Klassengespräch

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Wie kommt es, dass ein riesiges, schweres Schiff aus Eisen nicht untergeht?

vor dem Unterricht nach dem Unterricht Auf dem Schiff ist ein Kapiten. Das

Schiff tragt schwere sache. Zum beischbil Fische, Öl und Kole

Das Wasser will auf sein alten Platz zurück, und das Wasser drückt ihn nach oben.

Vär leich wegen den Luft Das ligt Nicht an der luft das ligt auch Nicht an das glachgewicht es ligt an den Wasser

Das Schiff drängt ja Wasser weg und dieses Wasser trägt das Schiff, weil das Wasser schwerer und stärker ist hat es mehr Kraft das Schiff zu

tragen. Wenn das Wasser weniger wiegt als das Schiff dann würde das Schiff untergehen.

Weil vielleicht im Schiff Luft drin ist

oder weil es bestimmte Motoren

hat.

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Ergebnisse:

Leistungsbezogene Zielerreichung

Die Schüler lernten in beiden Gruppen signifikant dazu.

Der Unterricht MIT stärkerer Strukturierung führte zu signifikant größerem Lernerfolg als der Unterricht mit

geringerer Strukturierung (Prä/Post, offene Fragen, Transfer und Follow-Up).

Der Unterricht MIT stärkerer Strukturierung unterstützte

Schüler mit ungünstigen Lernvoraussetzungen signifikant besser.

Die leistungsstärkeren Kinder profitierten gleichermaßen in beiden Bedingungen.

(Möller et. al. 2002, Jonen et. al. 2003)

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Ergebnisse:

Nichtleistungsbezogene Zielsetzungen

Keine signifikanten Unterschiede:

• Interesse

• fremdbestimmte Motivation

• selbstbezogene Kognitionen

• empfundene konstruktivistische Orientierung

• Lernzufriedenheit

Signifikante Unterschiede zugunsten der Lerngruppe mit stärkerer Strukturierung:

• Empfinden von Kompetenz und Engagement

• selbstbestimmte Motivation

• Erfolgszuversicht

(Blumberg et.al. 2004)

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Fazit

In der Gruppe mit stärkerer Strukturierung:

 Bessere Förderung der leistungsschwächeren Schüler

 Bessere Vereinbarkeit von leistungsbezogenen und nichtleistungsbezogenen Zielsetzungen

 Größere Nachhaltigkeit der Lernprozesse (Abbau von nicht belastbaren Konzepten, Aufbau integrierter Konzepte)

(Hardy et. al eingereicht)

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Folgerungen für einen fordernden und fördernden naturwissenschaftlichen

Sachunterricht

Wichtig in anspruchsvollen Inhaltsbereichen:

 Sequenzierung der Inhalte

 Strukturierende Gesprächsführung durch die Lehrkraft

 Unterstützung von Konzeptveränderungen durch

geeignete Materialien und Experimente

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Anforderungen an die Lehrkraft

Vorbereitung des Unterrichts:

 Sachanalyse

 Analyse des Lernstands der Kinder (Präkonzepte, Interessen, Vorerfahrungen)

 Analyse von Lernschwierigkeiten

 Auswahl geeigneter Aufgaben und Materialien, um Lernziele zu erreichen

 Ggf. Sequenzierung aufeinander folgender Lehr-

Lerneinheiten

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Anforderungen an die Lehrkraft

Orientierende Klassengespräche vor Beginn des Unterrichts:

 Präkonzepte erheben

 Erfahrungen aktualisieren

 Problemorientierung entwickeln

 Vermutungen erfragen und festhalten

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Anforderungen an die Lehrkraft

Begleitende Klassengespräche während des Unterrichts:

 Beobachtungen und Erkenntnisse mitteilen lassen

 Fokussieren von Erfahrungen

 Aufmerksam machen auf interessante Phänomene

 Impulse zur Überprüfung von Vermutungen

 Einfordern von Begründungen

 Aufmerksam machen auf abweichende Meinungen

 Impulse zum Erkennen von Widersprüchen

 Zusammenfassen und Festhalten von Teilergebnissen

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Anforderungen an die Lehrkraft

Auswertende Klassengespräche nach der Werkstattarbeit :

 Erfahrungen und Deutungen zusammentragen, festhalten

 Impulse zur Strukturierung

 Impulse zur Integration

 Impulse zur Verallgemeinerung

 Lernweg reflektieren

NICHT: Vermitteln von Erklärungen durch die Lehrkraft

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Qualitätsvolle Lernprozesse im naturwissenschaftlichen Unterricht

• fordern Kinder anspruchsvoll

• fördern Kinder differenziert in ihrer kognitiven konzeptuellen Entwicklung

• Ermöglichen anschlussfähiges Lernen

• entwickeln bei Kindern Interesse für

naturwissenschaftlich-technisches Denken

• gleichen vorhandene Erfahrungsdefizite bei Kindern aus

• und verfolgen darüber hinaus auch soziale und

affektive Lernziele.

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